quarta-feira, 30 de agosto de 2017

Artigo - Cabos e conectores Ethernet para redes industriais



Num ambiente industrial os cabos e conectores podem ser expostos a situações extremas de temperatura, umidade, vibração, poeira, luz ultravioleta, EMI - interferência eletromagnética e danos acidentais. Por isso, é fundamental analisar as especificações do fabricante e confirmar se cada componente da rede vai atender aos critérios de cada aplicação e local.


Anixter
Data: 29/07/2017
Edição: RTI Junho 2017 - Ano XVIII - No 205
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Os produtos Ethernet foram inicalmente projetados para o ambiente de escritórios, mas as redes Ethernet passaram, ao longo do tempo, a ser amplamente aceitas como o protocolo preferido no ambiente industrial. Embora os critérios de desempenho para produtos Categorias 5E e 6 sejam os mesmos, os requisitos para proteger os produtos contra condições ambientais podem ser muito diferentes.

Ambiente industrial vs. corporativo

O ambiente de escritórios é um muito mais protegido. A climatização é controlada através de sistemas de aquecimento e ar-condicionado, o ar é livre de poeira e umidade e os produtos são protegidos contra danos acidentais por estarem embutidos em paredes, canaletas e air plenums.
O ambiente industrial é muito diferente. Os produtos podem ser expostos a extremas condições de temperatura, umidade, lubrificantes, vibração, poeira, luz ultravioleta, EMI - interferência eletromagnética e danos acidentais.

Desafios do projeto da rede industrial

O desafio para os engenheiros de controle ou projetistas de redes industriais é saber quais produtos devem ser usados no ambiente industrial. Selecionar os produtos adequados pode representar incontáveis horas para analisar as especificações do fabricante e confirmar se cada componente da rede vai atender aos critérios de uma aplicação específica. Selecionar o produto errado pode gerar falhas, derrubar a rede e causar a interrupção da produção, com prejuízo de milhares de dólares.
Uma solução pode ser colocar todos os cabos em eletrocalhas e gabinetes, mas isso pode ter um alto custo, ocupar um espaço crítico e provocar mudanças, adições e alterações. Com uma grande quantidade de produtos de diferentes fabricantes para satisfazer esses ambientes extremos, pode ser difícil selecionar os sistemas certos para atender às especificações na criação de uma rede industrial completa.
Após perceber a necessidade da indústria de tornar mais fácil a seleção de produtos para infraestrutura industrial, os engenheiros da Anixter trabalharam com os principais fabricantes para estabelecer o programa Anixter Levels for Industrial Environments, independente do fabricante. Este programa é um guia de seleção de produtos de alta engenharia que define critérios de aplicação para ambientes industriais comuns e, em seguida, mapeia produtos específicos para esses ambientes, certificando-se de que todos os produtos atendam ou excedam os critérios aplicáveis aos ambientes.
Embora o programa ofereça uma solução fim a fim para redes industriais, este artigo foca especificamente nos conectores e cabos Ethernet e satisfaz a maioria dos ambientes industriais dos usuários. Em primeiro lugar, precisamos definir os níveis ambientais.

Definição dos níveis

O nível 1 é uma área controlada, localizada dentro de uma instalação industrial onde os componentes do cabeamento são protegidos contra danos físicos e ambientes industriais ou agressivos. Aqui é, normalmente, localizado dentro de uma área com climatização controlada onde a conexão e reconexão de cabos e patch cords não é frequente. Essas áreas podem incluir gabinetes ambientalmente controlados, salas de controle e escritórios de indústrias.
O nível 2 é determinado dentro de uma instalação industrial onde o cabeamento e os componentes são submetidos as mais extremas condições de temperatura ambiente, umidade e danos potenciais. Está geralmente localizado dentro de uma unidade industrial simples onde máquinas e dispositivos requerem conexão e reconexão ocasionais para manutenção e mudanças. Essas áreas podem incluir montagem, embalagem a seco, armazenamento e gabinetes fechados.
O nível 3 é localizado em uma área industrial agressiva onde o cabeamento e os componentes são expostos a óleo, solventes, agentes de limpeza, lubrificantes, água, grande variação das temperaturas, umidade e poeira. Essas áreas podem estar sujeitas a lavagens com grande quantidade de água, vibrações pesadas e forças de impacto ocasionais. Os operadores de máquinas, frequentemente, conectam e desconectam plugues e tomadas para mover, limpar ou efetuar a manutenção do equipamento. Essas áreas podem incluir ilhas de automação, robótica, soldagem, usinagem pesada, equipamentos industriais e ambientes expostos.
Cada nível foi definido por meio dos critérios mínimos para indicar uma seleção das condições aplicáveis climáticas, mecânicas e penetração de objetos. É importante garantir que os produtos utilizados possam atender ao nível mais severo do local onde serão instalados. Se um cabo é conectado a partir de uma sala de controle de nível 1 para uma estação de embalagem de nível 2 na instalação, o cabo usado deve ser do nível 2.

Cabos e conectores Ethernet

Os cabos Categorias 5e 6 no nível 1 são similares ou os mesmos cabos do ambiente de escritórios, uma vez que eles estão em áreas protegidas e climaticamente controladas, salas de controle. Esses cabos são incluídos nas construções tipo “plenum” e “riser” e têm de atender ou exceder os critérios mínimos de 0oC a 60oC e força de tração de 20 lb. Já os conectores são RJ45 de plástico sem proteção contra penetração de objetos.
No nível 2 os cabos Ethernet são construídos com PVC classe industrial e podem atender ou exceder os critérios de –10oC a 60oC e força de tração de 40 lb. Eles são resistentes a óleo e ultravioleta, podendo suportar pelo menos 45 ciclos de testes de abrasão. Os conectores são do tipo RJ45 reforçados e possuem proteção classe IP20. Podem suportar de –10oC a 60oC. Os conectores também possuem uma capa de proteção (“boot”) de PVC industrial que protege contra raios ultravioleta e danos mecânicos.
O cabos Ethernet para o nível 3 são construídos com um duplo revestimento de PVC classe industrial, podendo suportar 75 ciclos de testes de abrasão. São resistentes a óleo e ultravioleta. Eles podem atender ou exceder temperaturas de operação de -40oC a 70oC e possuem força de tração de 40 lb. Em um ambiente de nível 3, a proteção contra penetração de objetos é classificada para IP67 – suporta pulverização com água, solventes ou lubrificantes. Para a Categoria 5E, os conectores com código M12 D são os mais comuns. Os conectores com código D podem apenas ser aplicados como terminais de cabos de dois pares, logo os cabos Categoria 5E de dois pares estão disponíveis em uma construção de nível 3. A Categoria 6 tem de ser de quatro pares e, portanto, um conector com código M12 X é o mais comum. Tanto os conectores M12 D quanto X são classificados como IP67 e atendem às temperaturas de operação de –40oC a 70oC.
A construção mais comum para o cabo dos níveis é sem blindagem com condutores sólidos. O uso desse critério para a construção básica mantém o custo baixo para a maioria das aplicações. Para as aplicações onde as condições são mais extremas, modificadores foram adicionados à construção básica como cabos condutores encordoados (stranded cables) para maior flexibilidade ou blindagem para proteção contra interferência eletromagnética.

Conclusão

Embora este artigo cubra apenas cabos e conectores Ethernet, outros produtos que foram categorizados no programa incluem patch cords, patch panels, cabos de fibra óptica, fontes de alimentação e switches Ethernet. Este guia tornará a seleção dos produtos para a infraestrutura de rede industrial simples, confiável e custo-eficiente, assegurando ao mesmo tempo a utilização dos produtos adequados para cada ambiente onde eles serão instalados e operados.
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