shadow png

Кабели для промышленных сетей

Сегодня для повышения качества производимой продукции каждое предприятие стремится к автоматизации, как отдельных технологических процессов, так и всего производства в целом. Для этого необходимо все активные (ведущие) и пассивные (ведомые) устройства, от разных производителей, объединить в единую информационную сеть, где взаимодействие между ними происходит при помощи программно-логических протоколов связи. Такая сеть называется, промышленной сетью.

Современная промышленная сеть имеет две особенности — распределенный характер и цифровой способ обмена данными.

На данный момент существуют два вида систем связи открытые и закрытые. Закрытые системы — работают по индивидуально разработанным протоколам связи и поддерживаются только одним производителем. Открытые системы — поддерживаются несколькими производителями оборудования.

Существует несколько топологий построения сети. Сетевая топология описывает способ сетевого объединения различных устройств.

Топология типа «кольцо» очень популярна со времен выхода на рынок сети Token Ring фирмы IBM. Использование протокола с циклической передачей маркера (IEEE-802.5) позволяет сетям с такой топологией обеспечить абсолютную предсказуемость и хорошую пропускную способность. Основными недостатками такой топологии являются, высокая стоимость организации канала связи, нерациональное (в большинстве случаев) использование сетевого трафика и потеря всей синхронизации сети в случае сбоя и отключения, хотя бы одного из узлов.

Топология «звезда», являясь логическим продолжением моноканала, обеспечивает дополнительную защиту всей сети от выхода из строя или отключения узлов, позволяет существенно оптимизировать трафик, передавая пакеты только в те «лучи», где находятся их получатели. Последнее особенно существенно для сетей, где допускаются сбои.

Наиболее распространенный тип сетевой топологии — это общая «шина». Основное преимущество — простота и дешевизна, легкость переконфигурирования. Не боится отключения или подключения устройств во время работы. Хорошо подходит для сильно распределенных объектов. Однако, имеет ряд недостатков, а именно, присутствие в каждой точке сети общего трафика, наличие опасности потери связи при одиночном обрыве канала связи или выходе из строя одного из узлов.

На сегодняшний день ситуация на рынке промышленных сетей складывается не однозначно, поскольку разработано и представлено около сотни различных типов протоколов связи. Ниже приведены наиболее часто используемые типы протоколов связи и промышленных сетей, а также информация о разработанных для них кабелей.

PROFIBUS

Промышленная сеть, названная «Рrofibus», основана на нескольких стандартах и протоколах. Стандарт EN 50170-2 гарантирует открытость сети, а в соответствии со стандартом DIN 19254 реализованы протоколы DP, FMS и PA. Сеть Profibus построена в соответствии с многоуровневой моделью OSI и описывает три ее уровня (1 — физический уровень, 2 — канальный уровень, 7 — уровень приложений). Физический уровень основан на экранированной витой паре или оптическом волокне. Доступ к шине определяет протокол, который реализует процедуру доступа при помощи маркера, вращающегося в логическом кольце, состоящем из ведущих устройств. Скорость передачи варьируется от 9,6 Кбит/с до 12 Мбит/с. Под общим названием profibus понимается три различных, но совместимых протокола: Profibus-FMS, Profibus-DP и Profibus-PA.

Протокол Profibus-FMS разработан для связи ведущих устройств (контроллеров и ПК) друг с другом. Этот протокол используется там, где степень функциональности более важна, чем быстрое время реакции системы и применяется на высоком уровне. Линия передачи информационных сигналов соответствует стандарту RS-485.

Протокол Profibus-DP спроектирован для высокоскоростной передачи данных между ведущим (контроллер) и оконечными устройствами (датчики) сети, и применяется нижнем уровне. Передача данных, как и для Рrofibus-FMS, основана на RS-485. Скорость передачи прямо зависит от длины сетевого сегмента и варьируется от 100Кбит/с при 1200 м до 12 Мбит/с при 100 м.

Конструктивно кабели для Profibus-DP/FMS выполняются на основе витой пары из однопроволочных / многопроволочных медных изолированных вспененным полиэтиленом жил, с цветовой кодировкой изоляции (красный/ зеленый). Номинальный диаметр жил — 0,64 мм (22 AWG) однопроволочные или многопроволочные. Общий экран из ламинированной алюминиевой фольги с наложенной поверх нее оплеткой из луженых медных проволок. Оболочка из ПВХ пластиката серого цвета.

Компания Belden производит такие кабели марок 3079А (стандартный) и 3079Е (особо гибкий). Волновое сопротивление кабелей 150 Ом.

НПП «Спецкабель» предлагает аналогичные кабели для протокола Profibus-DP марок КПпЭВ 1×2×0,64 и КГПпЭВ 1×2×0,78.

Кабели марок КПпЭП 1×2×0,64 и КГПпЭП 1×2×0,78 в оболочке из светостабилизированного полиэтилена, предназначены для прокладки, как вне помещений, так и в пищевой промышленности (аналогов у фирмы Belden нет).

Для прокладки на предприятиях с химически агрессивными средами используются кабели марок КПпЭУ 1×2×0,64 и КГПпЭУ 1×2×0,78 в оболочке из полиуретана (аналогов у фирмы Belden нет).

Протокол Рrofibus-PА предназначен для использования во взрывоопасных зонах. В отличии от предыдущих протоколов он основан на стандарте IEC 61158-2. Служит для соединения систем автоматизации и управления промышленным процессом с полевыми устройствами (датчиками). Сегменты Profibus-PА подключаются к Profibus-DP через специальные искробезопасные барьеры или DP/PA-куплеры. Стандарт протокола описывает уровни 1 и 2 OSI-модели (физический уровень и уровень передачи данных).

Линия связи построена при помощи кабеля, имеющего одну витую пару, в общем экране из ламинированной алюминиевой фольги. Жила состоит из семи луженых медных проволок номинальным диаметром 7×0,4 мм (18 АWG) и 7×0,26 мм (22 AWG). Изоляция кабелей выполнена из полиэтилена с цветовой кодировкой изолированных жил (красный/зеленый). Оболочка выполнена из ПВХ пластиката повышенной пожаробезопасности в соответствии с VDE 0472 часть 804, цвет оболочки синий (для взрывоопасных зон) и черный (для взрывобезопасных зон). Кабели могут использоваться, во всех системах, использующих технику передачи данных, удовлетворяющую IEC 61158-2. Они отвечают требованиям для кабеля типа А в соответствии с IEC 61158-2. Волновое сопротивление кабелей 100 Ом и скорость передачи 31,25 Кбит/с.

Здесь приводится таблица (PDF, 84,6 КБ) с кратким описанием кабелей Profibus-PA, изготавливаемых зарубежными фирмами. Предлагаемые для данного протокола кабели фирмы Belden — 3076F и 3077F.

Свойства кабеля:

  • огнестойкий;
  • противодействует горению в случае пожара;
  • стойкость к УФ излучению;
  • стойкость, в зависимости от условий, к минеральным маслам и смазкам;
  • кабель для систем автоматизации процессов соответствует модели FISCO.

Аналогичные кабели для протокола Profibus-PA, производимые НПП «Спецкабель», имеют марки КГПЭфВ 1×2×0,78 и КГПЭфВ 1×2×1,5, пригодные для прокладки на предприятиях с непрерывным технологическим процессом, как в обычной, так и во взрывоопасной зоне.

Foundation Fieldbus

Foundation Fieldbus (FF) — открытый протокол, являющийся подмножеством стандартов IEC-61158 часть 2 и TS61158 части 3 и 4. FF проектировался для передачи цифровой информации между управляющим устройством и устройствами нижнего уровня, а также для распределенного управления. Основная область применения этой сети — самый нижний уровень распределенной системы автоматического управления с обвязкой устройств, работающих во взрывоопасных средах. Передача данных происходит вместе с питающим напряжением по одной паре проводов. FF имеет двухуровневую иерархию. На верхнем уровне H2 (высокоскоростной) используется высокоскоростная магистраль Ethernet, скорость передачи данных до 1Мбит/с. Нижний уровень Н1 (медленный) использует для передачи данных кабель на основе витой пары со скоростью передачи данных до 31,25 Кбит/с. Среди прочих промышленных сетей, FF имеет две особенности. Во-первых, это язык описания оконечных устройств (Device Description Language). Достаточно подключить новое устройство к сети, как оно самоопределится при помощи Device Description. Во-вторых FF ориентирована на обеспечение одноранговой связи между узлами без центрального ведущего устройства.

Линия связи, верхнего уровня, использует одну экранированную витую пару. Проводник выполнен из семи луженных медных проволок, с номинальным диаметром 7×0,26 мм (22 AWG), изолированный вспененным полиэтиленом. Экран выполнен из ламинированной алюминиевой фольги. Оболочка из ПВХ пластиката. Данный кабель выпускается фирмой Belden под маркой 3078F, с волновым сопротивлением 150 Ом.

Предлагаемые кабели НПП «Спецкабель» для верхнего уровня FF имеют марку КГПпЭфВ 1×2×0,78.

Кабель марки КГПпЭфП 1×2×0,78 в оболочке из светостабилизированного полиэтилена используется для наружной прокладки (аналогов фирма Belden не имеет).

Для построения линии связи нижнего уровня, используются кабели аналогичные Profibus-PА.

CAN

CAN — протокол последовательной связи, поддерживающий распределенное управление в реальном времени с очень высоким уровнем защиты. Данный протокол определяет только первые два уровня OSI-модели — физический уровень и уровень доступа к среде передачи данных. Отличительной особенностью является высокая скорость передачи данных до 1Мбит/с. Данный протокол используется для сбора и обработки информации поступающей с датчиков, установленные в автомобилях, а так же для управления электроприводами стекол, подушки безопасности, дверные замки и т.д. Компания «Мersedes», для установки бортового компьютера в своих автомобилях, использует именно этот протокол.

Линия связи построена при помощи кабеля, имеющего как одну, так и две, три и четыре витые пары в своем исполнении. Витые пары, скрученные вместе и образующие сердечник, заключены в общий экран из ламинированной алюминиевой фольги с наложенной поверх нее оплеткой из луженых медных проволок. Токопроводящая жила состоит из семи луженных медных проволок номинальным диаметром 1×0,6 мм (24 AWG), изолированная полиэтиленом. Кодировка изолированных жил в соответствии с DIN 0472. Оболочка выполнена из ПВХ пластиката, пламя замедляющая в соответствии с VDE 0472, часть 804, серого цвета. Марки кабелей, предлагаемые фирмой Belden — 9841, 9842, 9843 и 9844.

Наше предприятие изготовило на основе стандарта RS-485 серию кабелей марок КИПЭВ 1×2×0,6, КИПЭВ 2×2×0,6, КИПЭВ 3×2×0,6 и КИПЭВ 4×2×0,6, являющиеся аналогами кабелей марок 9841, 9842, 9843 и 9844 фирмы Belden.

Кабели марок КИПЭП 1×2×0,6, КИПЭП 2×2×0,6, КИПЭП 3×2×0,6 и КИПЭП 4×2×0,6 в оболочке из светостабилизированного полиэтилена для прокладки вне помещений (аналогов у фирмы Belden нет).

HART

HART — протокол обмена данными между системой управления и интеллектуальными датчиками. HART является «открытым» протоколом и доступен для всех производителей устройств и систем автоматического управления. Протокол HART использует стандарт BELL 202 FSK (Frequency Shift Keying) для организации цифровой передачи данных, основанной на аналоговом стандарте 4..20мА. Для обмена данными HART использует принцип Master/Slave (ведущий/ведомый). HART позволяет передавать до 1200 бит/с. Стандартная топология — «звезда», но возможна и «шинная» организация.

Кабели используемые для построения линии связи содержат одну, полторы, две, три и четыре витые пары, в общем экране из ламинированной алюминиевой фольги с наложенной поверх нее оплеткой из луженых медных проволок и проложенной между ними контактной проволокой. Токопроводящая жила скручена из семи луженных медных проволок номинальным диаметром 7×0,26 мм (22 AWG), изолированная вспененным полиэтиленом. Оболочка из ПВХ пластиката черного цвета. Фирма Belden предлагает кабели марок 3105А, 3106А, 3107А, 3108А и 3109А.

Наше предприятие так же разработало и производит на основе стандарта RS-485 широкий спектр кабелей марок КИПвЭВ 1×2×0,78, КИПвЭВ 1,5×2×0,78, КИПвЭВ 2×2×0,78, КИПвЭВ 3×2×0,78 и КИПвЭВ 4×2×0,78 являющиеся аналогами кабелей марок 3105А, 3106А, 3107А, 3108А и 3109А фирмы Belden.

Также кабели марок КИПвЭП 1×2×0,78, КИПвЭП 1,5×2×0,78, КИПвЭП 2×2×0,78, КИПвЭП 3×2×0,78 и КИПвЭП 4×2×0,78 в оболочке из светостабилизированного полиэтилена (аналогов фирма Belden не имеет).

LonWorks

Система LonWorks была спроектирована для построения систем автоматического управления с большим числом каналов данными, получаемых на основе коротких сообщений между большим числом групп устройств (узлов) в сети. Она используется сотнями компаний при построении систем жизнеобеспечения зданий, в телекоммуникациях, производстве и т.д. LON -сеть включает узлы, которые соединены физическим интерфейсом: витая пара, радиоканал или оптический кабель. Скорость передачи достигает до 1,25 Кбит/с. Топология сети может иметь произвольный вид, но наиболее часто встречающиеся «линия» и «произвольная топология». Последняя может быть построена в виде звезды, колец или множественных соединений. Особенность использования LON-сети состоит в том, что устройства, разработанные для одной топологии, из-за отсутствия универсальных трансиверов нельзя использовать для другой.

Произвольная топология «Линия»:

  • Максимальное расстояние (м) 500 — 1400 2000.
  • Максимальное число узлов 6464.
  • Пропускная способность (пакетов/с): 12-байтовые пакеты — 400 (пиковая)/320(устойчивая), 64-байтовые пакеты — 100 (пиковая)/80(устойчивая).

В качестве линии связи используют кабели состоящие из одной или двух витых пар, без экрана или в общем экране из ламинированной алюминиевой фольги. Однопроволочная 1×0,64 мм (22 AWG) токопроводящая жила изолирована пористым полиэтиленом. Многопроволочная жила 7×0,5 мм (16 AWG) изолирована ПВХ пластикатом. Оболочка из ПВХ пластиката серого цвета или из LSNH (Low Smoke Non Halogen) белого цвета. Марки кабелей предлагаемых фирмой Belden 7701NH и 7702NH (неэкранированные), 7703NH и 7704NH (экранированные).

Данные кабели имеют соответствующие отечественные аналоги КАВ 1×2×0,64, КАВ 2×2×0,64, КАЭфВ 1×2×0,64 и КАЭфВ 2×2×0,64 для внутренней прокладки в зданиях и сооружениях, а так же кабели К АП 1×2×0,64, КАП 2×2×0,64, КАЭфП 1×2×0,64 и КАЭфП 2×2×0,64 для прокладки вне помещений.

На данный момент мы стали производить:

  • кабели для промышленной сети Рrofibus;
  • кабели в броне для сетей CAN и HART из стальных оцинкованных круглых проволок номинальным диаметром 0,2 — 0,3 мм для марок КИПЭВКГ, КИПЭПКГ, КИПЭВКВ, КИПЭПКП, КИПвЭВКГ, КИПвЭПКГ, КИПвЭВКВ, КИПвЭПКП и стальной гофрированной ленты с гидрофобным покрытием для марок КИПЭВБВ, КИПЭПБП, КИПвЭВБВ и КИПвЭПБП.

Здесь приведена сводная таблица (PDF, 84,6 КБ) кабелей, производимых НПП «Спецкабель» для промышленных сетей, а также их зарубежные аналоги.

НПП «Спецкабель» производит также кабели для частных решений фирм ABB/Bailley протоколы infinet, microlink; Matsushita протоколы FP Series C-NET, FP Series MEWNET-F, FP Series TRNET; Schneider AEG протокол SY/Net Network Trunk Cable; Siemens протокол Hiway.

Материалы подготовлены инженером В. Жидковым