电缆行业在工业4.0中的应用

电缆行业在工业4.0中的应用

 

作者:缆普电缆自动化及网络部门产品经理Ralf Moebus


有关工业4.0话题的热议延续至今已经有4年多了,整体目标在于利用“智能工厂”实现生产优势。关键元素是适应性,资源高效,工效学设计,以及将客户和业务伙伴整合进业务增值流程。这个被称为第四次工业革命的改变意味着使公司在国际竞争中具有技术优势。

在经过那么多讨论后,对有形产品的渴求日益增加。换言之,需要更清晰并且可实现的概念。和其它自动化行业的生产商一样,总部位于德国斯图加特的缆普集团,带着在集成方案和品牌产品领域多年的生产研发经验,接受新挑战。

一系列的研究项目,包括缆普集团参与的Smart FactoryKL,证明了未来的生产会有更多网络连接。这意味着在未来,即使是很小的零部件也能向公司网络甚至互联网提供数据。工业4.0首先基于公司和业务流程的综合网络——从ERP (企业资源规划)层面到传感器/执行器层面。只有这样才能确保数据从生产设施直接传送至材料、规划和生产控制系统。机器和工厂之间的交流可以实现自我控制和自我优化的生产系统。

系统在生产环境中实现稳定完整的网络化,必须有统一的标准。除了标准化通信协议,物理层面的标准化——数据网络电缆和连接器也是成功的关键因素。

只有一套全面支持标准化安装的布缆和连接器方案才能实现生产流程各层面的可靠联网。尽管以太网自身是标准化技术,但不同应用仍然对数据率、机械牢固性和系统规格有着不同要求。总的来说,用于生产环境中的以太网电缆比用在办公室环境中的LAN电缆需要更高的牢固性。


工厂必须拥有模块化设计

要实现机器和工厂零部件之间,以及机器和ERP层面的对接,必须确保工厂有恰当的数据传输率,预防瓶颈,保证工厂零部件今后能升级或扩展。因此,工业4.0工厂需要更持续的模块化设计。符合Cat.6A 标准的布缆方案,数据传输速度可达10 Gbit/s,绝对是工厂未来的保障。这个网络布缆提供充足储备,确保扩展性。这些主干电缆通常安装于电缆软管或电缆管道中。然而,用于较大的移动工厂零部件时,主干电缆则必须使用拖链安装。为满足这些需求,缆普研发了ETHERLINE® Cat. 6A FD电缆,适用于拖链应用,确保几百万次弯曲循环中的可靠数据传输。然而,Cat.6A不仅仅是主干电缆应用。复杂传感器,例如工业摄像头,也需要这类网络连接,因为它们需要更高速的数据传输。连接器也同样需要符合Cat. 6A标准。如果应用需要IP67等级的防水防尘,M12连接器是理想选择。为满足Cat. 6A要求,广泛应用的D编码M12连接器近期升级为X编码版本。

4芯替代8芯

在机器或生产单元中,4芯Cat. 5电缆是使用最频繁的产品。它们的最大传输速率可达100 MBit/s,足够满足分散型IO系统联网或基于机械设备的可视化系统。工业以太网系统,诸如PROFINET,ETHERNET / IP和ETHERCAT是这一层面使用率较高的产品。主要优势在于100 MBit/s的传输速率仅需4根芯线就能满足,无需使用8根芯线。这使得连接成本显著下降,电缆结构也更紧凑。

节约空间的方案

大多数现代化机器留给传感器/执行器的空间很小。如果你要在有限的空间中将传感器和小的分散I/O系统整合进以太网网络,这会造成问题。目前通用的Cat.5以太网电缆由于外径和弯曲半径较大,常常需要太多空间。机器不得不造得更大或电缆在安装时不能满足必要的弯曲半径。这会造成电缆损坏或机器故障。

缆普电缆专为此类应用研发了ETHERLINE® EC电缆。4芯Cat5e以太网电缆只有5 mm厚,最小弯曲半径只有16 mm。这意味着即使是拖链也可以做成小尺寸,最小弯曲半径只需40 mm,紧凑型四星结构以及超细AWG26编织。四星设计代表芯线不是像普通的数据电缆那样绞合成对,而是四根芯线绞合在一起。牢固型PUR外护套保证电缆适应高机械应力或需要耐油的环境。M8连接器又是另一种节省空间的方案,它比目前普遍用于工业以太网的M12连接器小很多。紧凑型ETHERLINE® EC电缆和M8连接器也有预装配版本,兼具牢固性和不渗透性,符合IP67防护等级。

 

这些应用案例体现出以太网布缆方案可以用于定制联网方案。现有工厂可以通过优化改善数据传输率,机械稳定性和环境条件,为未来的智能工厂做好准备。