ENDÜSTRİYEL ETHERNET İÇİN KABLOLAMA KONSEPTLERİ

Yeni uygulama alanları Endüstriyel Ethernet için sürekli gelişme gerektirmektedir. Yeni Ethernet standartları bakır kablo sistemleri için veri transfer hızları ve uygulamaya özgü gereksinimler arasında bir denge yaratıyor. (Şekil 1)

Şekil 1. Uygulamaya özel iletim mesafeleri: İndirgenmiş işlevli data kablolaması yeni uygulama alanları açar.

Orjinal olarak 1980’lerde lokal ağlarda (LAN) veri transferi için geliştirilen Ethernet teknolojisi özellikle son on yılda çok gelişmiştir. En son olarak Endüstriyel Ethernet Profinet, Ethernet/IP ve EtherCAT gibi gerçek zamanlı protokollerin tanıtılmasıyla otomasyon teknolojisinin temel bileşeni olmuştur. Bununla birlikte burada geçerli olan yalnız veri transfer hızıyla ilgili ihtiyaçlar değildir. Kontrol, yönlendirme veya saha seviyesi ve endüstride kullanıma bağlı olarak bu gereksinimler temelde farklı olabilir.

ÖZEL ÇÖZÜMLER
Endüstriyel Ethernetin hedefi standartlaşmış bir haberleşme standardı yaratmak değildir. Bunun yerine üst seviye kontrol sistemlerine bağlantı ve çeşitli lokal cihazlarla gerçek zamanlı kararlı haberleşme için ısmarlama çözümler olmalıdır. Uygulamadan bağımsız altyapısı sayesinde Ethernet protokolü yeni standart için ısmarlama çözümler oluşturmak ve dolayısıyla yeni uygulama alanları açmak için iyi bir altyapı sağlıyor.  Altyapı neredeyse sınırsız sayıda olası haberleşme cihazları ve bakır, fiber optik ve kablosuz gibi çeşitli iletim ortamları ile uygulamadan bağımsızdır. Geçmişte standartlaşma kablolama teknolojisinden beklenen gereksinimler artarken veri iletim hızları ile sınırlıydı. Gereksinimler bakır kablolar için yüksek performans kategorileriyle gerekli hale geldi.
Bu sırada zıt bir trend ortaya çıktı. 25, 50 veya 100 Gbps yüksek hızlı Ethernet için yeni fiziksel arabirimlerin (PHY veya fiziksel katman) yanında düşük veri iletim hızlarına yönelik yeni standartlar çok daha az kablo özelliği gerektiriyor. İlk önce kullanım alanları ve uygulamalar odak noktası haline gelir, bu şimdiye kadar klasik ethernet tarafından kapsanmamıştır.

Şekil 2. Etkin data kablolaması: Veri hızları, iletim mesafeleri ve emniyet gereksinimleri ilgili uygulamaya göre kalibre edilmelidir.

DAHA AZ KABLOLAMA
Örneğin, 2014’te IEEE 802.3bp ortaya çıkmıştır. Yeni standart 1000Base-T1 Ethernet veya RTPGE (İndirgenmiş Twisted Pair Gigabit Ethernet) tanımlıyor. Bu teknoloji temelde otomobil endüstrisi için geliştirilmiştir. Özellikler 10 ila 40 metrelik segmentler boyunca 1 Gbps veri iletim hızına ulaşılabilen bükümlü, ekransız kablo çiftlerine uygulanıyor. Otomotiv eğlence sistemlerinde MOST (Media Oriented Systems Transport) gibi seri bus sistemleri kullanılarak karşılanan otomotiv sektöründeki bu gereksinimler sağlanır.

RTPGE’nin avantajı açıktır;
Modernleştirilmiş kablolama doğrudan maliyetleri düşürür ve üreticiler aracın toplam ağırlığını ve dolayısıyla yakıt tüketimini düşürüyor.

Modernleştirilmiş kablolama şu an için Single Twisted Pair Ethernet Study Group tarafından da inceleniyor. Bununla birlikte burada odak noktası gigabit Ethernet değil göreceli olarak düşük 10 Mbps hızında 1,000 metre ve üzeri bakır iletim kanallarıdır. Böylece gelecekte proses otomasyonu gibi Endüstriyel Etherneti kullanmanın mümkün olmadığı başka uygulama alanları kapsanmış olacaktır. Otomasyon uzmanları genellikle Profibus PA veya Foundation Fieldbus gibi klasik çözümlere güvenir. Protokoller patlama riskli bölgelerde kendinden güvenli uygulamalarda bile data ve gücü aynı anda iletiyor. Tüm uygulamaların yaklaşık %95’i 1,000 metreye kadar ana kablo gerektiriyor.

Hem karmaşık hem de güvenlik için çok gerekli bu alanlarda tutunacak bir nokta oluşturmak amacıyla Endüstriyel Ethernet için fiziksel katmandan yeni kodlama ve modülasyon prosesleri ve yeni kablo tipleri gereklidir. Tüm haberleşme cihazlarına arayüz olan geçmeli data konnektörleri bu endüstirinin yüksek gereksinimlerini dikkate almalıdır. Ex bölgelerde kendinden güvenlik için yüksek darbe ve titreşim dayanımı da bir gerekliliktir. 10 Mbps Ethernet için IEEE 802.3 standardının uygulanması gelecekte Endüstriyel Ethernetin başka uygulama alanları açıp açmayacağını gösterecektir – örneğin bina otomasyonu, aydınlatma endüstrisi veya enerji üretimi ve dağıtımı.
Şekil 3. Zaman kazandıran bağlantı: IDC (İzolasyon kaydırmalı bağlantı) gibi hızlı bağlantı teknolojileri data konnektörlerinin sahada kolaylıkla monte edilmesini sağlar.

YENİSTANDARTLAR YASAL BOŞLUKLARI KAPATIYOR
CAT5 ve CAT6 için mevcut bükümlü çift kabloların güç rezervlerinden yararlanmak ve yüksek hız taleplerini karşılamak için Mayıs 2015’te iki standart tanımlanmıştır. 2.5GBase-T ve 5GBase-T. Sonuçta oluşan IEEE P802.3bz görev gücünün amacı Cat5e kablosuyla 100 MHz frekans aralığında 2.5 Gbps ve 250 MHz frekans aralığında 5 Gbps veri hızı sağlamaktır. Yani boşluk 1000Base-T ve 10GBase-T Ethernet arasında kapatılmalıdır.100 m’lik maksimum Ethernet kanal uzunluğu ise değişmiyor. (Şekil 2)

RJ45 ENDÜSTRİYEL – FARKLI KORUMA KATEGORİLERİ İÇİN ÇEŞİTLER

Phoenix Contact’ın sanayi tipi RJ45 geçmeli konnektörleri endüstriyel sektördeki yüksek standartları karşılıyor.

Yeni endüstriyel konnektörler darbe ve titreşimlere yüksek direnç sağlayıp 360° ekranlama sayesinde yüksek elektromanyetik parazit içeren uygulamalarda kullanılabiliyor.  Sağlam metal konnektörler tek parçalı IP 20 modeli ve IP 65/67 koruma sınıfında sunulan  Push-Pull Advance modeli olarak temin edilir.Şekil 4. Darbe ve titreşime dayanıklı: IP 65/67 koruma sınıflı Push-Pull Advance konnektörü endüstriyel ortamların özel emniyet gerekliliklerine uygundur.

Push-Pull Advance modellerinde sunulan özel kilitleme mekanizması yanlışlıkla açılmalara karşı koruma sağlıyor. Konnektör özel alet kullanmadan monte edilebiliyor ve doğrudan saha kablolamasına entegre edilerek zaman kazancı sağlıyor. Geçmeli konnektör AWG26 – AWG22 kablo kesitlerini kapsıyor. (Şekil 4)
ISO/IEC TR 11801-9904 standardı (teknik rapor) bu artan veri hızlarına ulaşmak için yeni iletim parametreleri tanımlar.

Takma ve geri dönüş kayıplarının yanında çapraz karışmaya (NEXT) yönelik kanal komponent sınıflarının artan gereksinimleri bunun içindedir.

Teknik raporda tanımlanan eşik değerlerinin ilk testleri Phoenix Contact kablolama komponentlerinin bugünün Ethernet standartlarının artan taleplerini zaten karşıladığını göstermiştir.

Dolayısıyla kullanıcılar gelecekten bağımsız Endüstriyel Ethernetin temelini montaj ve patch kablolar, RJ45 konnektörler veya jak modüller gibi standart komponentlerle oluşturur. (Şekil 3)

ÖZET;
Fiziksel katmandaki, kablo ve konnektörlerdeki teknik gelişmelerle uygulamaya özel kablolama çözümleri endüstriyel ethernetin hem eski hem yeni uygulama alanları için büyümektedir.

Yeni standartlar gereklilikleri, eşik değerlerini ve test süreçlerini belirleyerek global kullanıma yönelik güvenli bileşenlerin yaratılmasını sağlıyor.

Phoenix Contact’ın data kablolama çözümleri yüksek veri hızları, uzun iletim mesafeleri veya kritik emniyet uygulamaları için idealdir.

Aynı zamanda ürünler otomobil endüstrisi veya proses otomasyonu gibi yeni uygulama alanlarında etkin ve güvenilir kablolama sağlıyor.