Ein Verarbeitungsbetrieb in Südostasien kontaktierte uns wegen eines RS-485-Segments, das mehrmals pro Schicht ausfiel. Zwei Gateways waren bereits ausgetauscht und die SPS-Mastersoftware neu geflasht worden, bevor jemand das Kabel untersuchte – und genau dort lag die Fehlerursache.
Verdrillte Adernpaare finden in Industrie- und Steuerungssystemen Anwendung, da zwei auf einer definierten Länge verdrillte Leiter nahezu identische Störungen aufnehmen und der Empfänger die jeweils auf beiden Leitern empfangenen Störungen subtrahiert. Dieser Mechanismus erklärt ihren Einsatz in Feldbusleitungen, 4-20-mA-Instrumentenschleifen, Maschinen-Ethernet und herkömmlichen Verriegelungsleitungen. Ob sie in einer bestimmten Anlage zuverlässig funktionieren, hängt von der Schirmung, der Schirmungsverklebung und dem Abstand zu Stromleitungen ab. Die in diesem Artikel angeführten Beispiele stammen aus von uns betreuten Projekten; Kundendaten wurden nicht veröffentlicht.
Was unterscheidet ein gutes Paar tatsächlich von einem schlechten?
Zwei Spezifikationen unterscheiden ein funktionierendes Kabel von einem, das am Schnittende identisch aussieht. Die erste ist die Schlaglänge, also wie eng die Adernpaare verdrillt sind. Ungleichmäßige Schlagflächen äußern sich im Feld als Übersprechen zwischen den Adernpaaren bei einem Fluke-Test oder als analoge Messwerte, die bei jedem Umschalten einer benachbarten Schleife schwanken.
Der zweite Faktor ist die charakteristische Impedanz, und hier treten häufig Fehler bei der Bestellung auf. PROFIBUS DP über RS-485 benötigt geschirmte, verdrillte Adernpaare mit einer Impedanz von ca. 150 Ω, während PROFIBUS PA mit Adernpaaren von etwa 100 Ω arbeitet und die in [Referenz einfügen] beschriebene Manchester Bus Powered-Technologie nutzt. IEC 61158-2. Ein universelles Steuerkabel mit unkontrollierter Impedanz eignet sich zwar für Verriegelungen und Statussignale, erzeugt aber dennoch Reflexionen und CRC-Fehler auf einem schnellen Bus. Unsere ausführlichere Übersicht zu wo verdrillte Paarkabel in verschiedenen Systemen verwendet werden kartiert den Rest des Gebiets.
Feldbuskoffer und die wahren Kosten der gemeinsamen Nutzung eines Tabletts
In dem Werk in Südostasien lag die Lösung bereits in den Trassenplänen und Fotos vor Ort, lange bevor wir uns mit dem Kabelplan befassten. Der RS-485-Bus verband etwa zwanzig Feldgeräte mit der Haupt-SPS und verlief im selben Kabelkanal wie die Ausgangskabel von drei Frequenzumrichtern – ohne Trennwand. Das verlegte Kabel war ein ungeschirmtes Mehraderkabel, das hauptsächlich aufgrund der damals günstigen Aderanzahl gewählt wurde. Diese Kombination machte den Bus anfällig für Störungen durch die Umrichter.
Zwei Vor-Ort-Prüfungen bestätigten dies. Der SPS-Master protokollierte Kommunikationsfehler, obwohl alle Geräte online blieben, was auf ein Problem mit der physikalischen Schicht hindeutet. Eine Durchgängigkeitsprüfung ergab, dass auf dem Multicore-Prozessor kein nutzbarer Bildschirmpfad vorhanden war. Die Terminierung war an beiden Enden des Trunks bereits korrekt, sodass weitere Gateway-Austausche und Änderungen an den SPS-Einstellungen ergebnislos geblieben wären.
Wir haben die Hauptleitung mit geschirmten, verdrillten Feldbuskabeln auf durchgehenden Kabeltrommeln ohne Zwischenverbindungen neu aufgebaut. Da der Abschnitt mit niedriger Geschwindigkeit betrieben wurde und kein PROFIBUS-Netzwerk war, wurde das Adernpaar mit einer definierten charakteristischen Impedanz spezifiziert, die an den Transceiver und die Leitungslänge angepasst war. Für die Schaltschrankverdrahtung in der Nähe der Antriebsschränke lieferten wir CY-geflochtenes, geschirmtes Steuerkabel, das internationale Äquivalent von KVVP, Die Stromschiene wurde mit einem verzinnten Kupfergeflecht mit einer optischen Mindestabdeckung von 851 TP3T versehen. Der Auftragnehmer installierte eine Stahltrennwand und hob die Stromschiene auf die obere Ebene. Die Schirmung erfolgte gemäß den Erdungsanweisungen des Geräteherstellers und dem Potenzialausgleichskonzept des Standorts. Die Kommunikation ist seitdem stabil.
Die Erkenntnisse reichen über dieses Werk hinaus. Überall dort, wo ein Signalkabel einen Antriebsschrank durchquert, sollten Schirmung, Erdung und Trennung überprüft werden, bevor Geräte ausgetauscht oder Leiterquerschnitte vergrößert werden. Ein größerer Leiter reduziert zwar den Spannungsabfall, hat aber keinen Einfluss auf das Busrauschen.
| Netzwerk | Paarspezifikation, gegen die wir ein Angebot abgeben | Distanz- und Geschwindigkeitsverhalten | Segmentbegrenzung |
|---|---|---|---|
| PROFIBUS DP (RS-485) | Geschirmtes verdrilltes Adernpaar, ca. 150 Ω | Rund 1200 m bei 9,6 kbit/s, sinkend auf etwa 100 m im Bereich von 3 bis 12 Mbit/s | 32 Stationen pro Segment ohne Repeater |
| PROFIBUS PA (MBP) | Geschirmtes verdrilltes Adernpaar, ca. 100 Ω | Feste Bandbreite von 31,25 kbit/s, Stromversorgung und Signalübertragung über dasselbe Leitungspaar | Geeignet für eigensichere Bereiche |
| Industrial Ethernet | Cat5e bis Cat7, Folien- oder Geflechtschirmung in stark geräuschintensiven Bereichen | Die Bandbreite bestimmt die Kategorie, die Kanallänge ist durch den angewandten Verkabelungsstandard festgelegt. | Gemäß dem im Projekt genannten Designstandard |
Die PROFIBUS-Abbildungen beziehen sich auf die von PROFIBUS & PROFINET International und IEC 61158-2:2023 veröffentlichten RS-485- und MBP-Schnittstellen. Frühere Ausgaben weichen in einigen Details ab. Die Schirmung in einem PROFIBUS-Netzwerk ist ein Thema für sich, da die Montageanleitung vorschreibt, die Schirmung an jeder Station und erneut am Schaltschrankeingang mit einer großen Kontaktfläche an das Potenzialausgleichssystem anzuschließen. Die Herstellerdokumentation ist für jedes konkrete Projekt maßgebend.
Instrumentierungsschleifen und die Entscheidung für das Multipaar-Screening
Wenn mehrere 4-20-mA-Schleifen in einem Mehrpaarkabel verlaufen, ist die Schirmung wichtiger als in vielen Tabellen angegeben. Eine Gesamtschirmung schützt das Kabel vor externen Störungen, verhindert aber nicht, dass sich einzelne Adernpaare im Kabelmantel gegenseitig beeinflussen. Deshalb lohnen sich einzeln geschirmte Adernpaare bei der Verkabelung analoger Instrumente oft trotz der höheren Kosten.
Wir beobachteten dies deutlich an einer Wasseraufbereitungsanlage. Die Messwerte für Füllstand und Durchfluss veränderten sich jedes Mal, wenn eine Dosierpumpe anlief, und stabilisierten sich wieder nach deren Abschaltung. Dieses Verhalten veranlasst üblicherweise dazu, zuerst die Messumformer zu überprüfen. Der Verteilerkasten wurde über ein zwölfpaariges Kabel mit einer gemeinsamen Folienschirmung versorgt. Die Schleifen für Füllstand, Durchfluss und Regelventile verliefen alle innerhalb dieser einen Schirmung. Bevor wir die gesamte Leitung austauschten, führten wir eine kostengünstige Überprüfung durch, indem wir ein oder zwei betroffene Schleifen auf einzeln geschirmte Ersatzadern verlegten und beobachteten, ob die Abweichung verschwand. Dies war der Fall. Beim endgültigen Austausch wurden einzeln geschirmte Adernpaare unter einer gemeinsamen Schirmung verwendet, wobei die Ableitungsdrähte nur am Verteilerkasten verbunden wurden.
Bei Ausschreibungen für Instrumentierung in der Wasser-, Öl- und Gasindustrie wird häufig die Norm BS 5308 für Mehrpaarkabel genannt. Wir erstellen Angebote gemäß dieser Spezifikation, wenn sie in der Ausschreibung gefordert wird, und vermeiden es, sie standardmäßig für jedes Projekt anzuwenden. Der sicherere Ansatz besteht darin, die in den Projektunterlagen genannte Norm zu verwenden und die Abschirmungsstruktur anschließend an das tatsächliche Signalrisiko anzupassen.
Ethernet auf Maschinen- und Schaltschrankebene
In einem Schaltschrank ist die Kabelkategorie nicht immer ausschlaggebend. Entscheidender ist, ob das Ethernet-Kabel Störungen durch Schütze, Schaltanlagenverdrahtung und benachbarte Stromkreise widersteht. Genau in solchen Schaltschrankumgebungen kommen unsere geschirmten Netzwerkkabel zum Einsatz.
Für diese Maschinen- und Schaltschrankabzüge, unsere Netzwerkkabelsortiment Cat5e, Cat6, Cat6A und Cat7 Das Sortiment umfasst folien- und folien- plus geflechtschirmte Ausführungen, gefertigt aus massiven blanken Kupferleitern gemäß IEC 61156, TIA/EIA-568 und ISO/IEC 11801. Im Vergleich zu ungeschirmten Kabeln bieten diese Konstruktionen dem Signalpaar einen besseren Schutz vor elektromagnetischen Störungen, während die ordnungsgemäße Erdung an der Kabelverschraubung einen zuverlässigen Pfad für die Schirmung zur Erde gewährleistet.
Bei Projekten im Bereich der U-Bahn- und Industriesteuerung empfehlen wir üblicherweise ein geschirmtes Cat6-Kabel für die Zuleitung in Schaltschränken, in denen Schalter, Steuerungen, Schütze und die Stromverkabelung in einem kompakten Gehäuse untergebracht sind. Das Kabel sollte dennoch vom Stromnetz getrennt verlegt und bei der Übergabe als Kanal geprüft werden, da die Schirmung nur dann optimal wirkt, wenn die Installation dies zulässt.
KVV oder KVVP, und warum Käufer in beiden Richtungen falsch liegen
KVV und KVVP sollten nicht aus Gewohnheit gewählt werden. KVV eignet sich für saubere, geräuscharme Verlegungsstrecken. KVVP ist dort angebracht, wo das Kabel in der Nähe von Antrieben, Motoren, Sanftanlaufgeräten oder großen Schützen verläuft. Ein Fehler ist es, für jede Verlegung denselben Kabeltyp zu verwenden.
Für fest installierte Steuerleitungen in Schaltschränken, Kabelkanälen und Leitungen abseits von größeren Lärmquellen bieten wir unsere Ungeschirmtes KVV-Steuerkabel, international unter der Bezeichnung YY vertrieben., Das ist in der Regel ausreichend. Es verwendet geglühte Kupferleiter nach IEC 60228 mit typischen Ausführungen von 2 bis 37 Adern und Querschnitten von 0,75 mm² bis 10 mm². Höhere Aderzahlen sind auf Anfrage erhältlich. Es eignet sich für Verriegelungen, Statussignale und allgemeine Niedrigenergie-Steuerschaltungen.
Bei Leitungsführungen in der Nähe von Ein- und Ausfahrten oder schweren Schaltanlagen ist ein geschirmtes Steuerkabel wie KVVP oder CY eine sinnvolle Investition. Die Schirmung reduziert elektromagnetische Störungen. Da sie jedoch die Kosten erhöht und den Biegeradius vergrößert, empfehlen wir sie nur, wenn die Leitung besonderen Schutz benötigt.
Zwei Details sollten vor Produktionsbeginn geklärt werden. Erstens: Ersatzadern für zukünftige Änderungen, da selbst kleine Anpassungen nach der Inbetriebnahme sonst eine Neuverkabelung erfordern können. Zweitens: die Leiterklasse, insbesondere bei beweglichen Teilen wie Schaltschranktüren. Ein starrer Leiter der Klasse 2 ist für ein Kabel, das täglich gebogen wird, ungeeignet; eine feindrähtige Konstruktion der Klasse 5 erfüllt diese Anforderungen deutlich besser.
Installationsfehler, die mehr kosten als das Kabel selbst
Vier Installationspraktiken sind für die meisten unserer Anrufe verantwortlich. Analoge Schleifenleitungen sind beidseitig verklebt, was zu Kriechströmen führen kann. In geschirmten Sammelschienen sind Verbindungsstellen mitten im Stromkreis vorhanden, da jede Verbindungsstelle eine potenzielle Unterbrechung der Schirmung darstellt. Fehlende oder doppelte Abschlusswiderstände an RS-485-Leitungen sind weitere Beispiele. Und die Verwendung von standardmäßigem PVC-Mantel für Bereiche, die häufig mit Wasser oder Öl in Berührung kommen, wo ein Gummi- oder ölbeständiger Mantel angebracht wäre.
Die Trennung von Stromkabeln ist der fünfte Schritt und mindestens genauso wichtig wie die Abschirmung. Die untenstehende vereinfachte Trennungstabelle ist die am häufigsten zitierte aus EN 50174-2 und stammt aus früheren Ausgaben dieser Norm. Sie ist nach wie vor eine nützliche Planungshilfe. Die aktuelle Ausgabe von 2018 basiert auf einer Kabelklassifizierung und einem berechneten Mindestabstand. Daher ist die in den Projektunterlagen angegebene Ausgabe maßgeblich.
| Kabelkombination | Keine Trennwand oder nichtmetallische Trennwand | Aluminium-Trennwand | Stahltrennwand |
|---|---|---|---|
| Ungeschirmtes Strom- und Signalkabel | 200 mm | 100 mm | 50 mm |
| Ungeschirmtes Stromkabel und geschirmtes Signalkabel | 50 mm | 20 mm | 5 mm |
| Geschirmtes Stromkabel und ungeschirmtes Signalkabel | 30 mm | 10 mm | 2 mm |
| Geschirmtes Strom- und Signalkabel | 0 mm | 0 mm | 0 mm |
Diese Abstände stammen aus der älteren, vereinfachten Tabelle EN 50174-2, einer europäischen Installationsnorm, die dort Anwendung findet, wo sie im Projekt gefordert wird. Die Werte sind jedoch nicht universell für jeden Markt gültig. Nordamerikanische Projekte beziehen sich üblicherweise auf ANSI/TIA-569 und die jeweils geltenden nationalen Elektrovorschriften, wodurch sich die Werte unterscheiden. Lokale Elektrosicherheitsvorschriften haben überall Vorrang vor EMV-Abständen. Installationsrichtlinien für PROFIBUS und PROFINET gehen in Bezug auf Erdung, Abschirmung und Kabelabstandspraxis weiter als die meisten Projektdokumente.
Die Streckenprüfung, die wir vor der Angebotserstellung durchführen
Dies ist die Vorgehensweise unserer Ingenieure, wenn ein Kunde einen Kabelplan sendet. Dadurch werden die meisten Probleme erkannt, solange sie noch kostengünstig zu beheben sind.
- Signalart an jedem Stromkreis, d. h. Feldbus, analoge Schleife, Ethernet oder einfache Verriegelungsverdrahtung.
- Erforderliche Entfernung und Datenrate müssen zusammenwirken, da sich die beiden auf demselben Kabel gegenseitig beeinflussen.
- Nähe zu Antrieben, Motoren, Sanftanlaufgeräten und Schweißgeräten entlang der tatsächlichen Strecke.
- Ob die Leitung in einer gemeinsamen Kabelrinne oder einem gemeinsamen Kabelkanal mit der Stromverkabelung verläuft und ob eine Trennwand vorhanden ist.
- Die Art des Siebs muss dem Geräuschpegel angepasst sein, und an welchem Ende das Sieb verklebt ist.
- Abschlusswiderstandsanordnung an jedem Bussegment.
- Mantel- und Temperatureignung für Öl, Chemikalien, Abwaschen, UV-Strahlung oder kontinuierliche Biegung.
- Die Abnahmeprüfungsmethode wurde vor der Auslieferung vereinbart, daher gibt es bei der Übergabe keinen Streitpunkt.
Wenn Sie eine Bestellung für industrielle Steuerkabel vorbereiten, Kontaktieren Sie Anpu Cable Bitte senden Sie uns vor dem Kauf Ihren Kabelplan und die Trassenzeichnung. Wir fertigen Steuer- und Instrumentierungskabel in unserem eigenen Werk in Wuhan. Dadurch können wir die korrekte Schirmung und die kundenspezifische Aderkonfiguration vor Produktionsbeginn sicherstellen. Dies hilft, Fehlentscheidungen bei der Kabelauswahl, unnötige Kosten und Verzögerungen bei Projektkabelbestellungen zu vermeiden.
Was Produktionskonstanz vor Ort bringt
Die Leistungsfähigkeit von verdrillten Adernpaaren hängt von kleinen Fertigungsdetails ab, die nach der Auslieferung nicht mehr visuell überprüft werden können. Deshalb ist der Kauf direkt ab Werk so wichtig. Unsere routinemäßigen Zwischen- und Endkontrollen umfassen Leiterwiderstand, Isolationsdicke, Maßprüfung, Schirmabdeckung sowie Hochspannungs- und Funkenprüfung. Die Rohmaterialien werden zu Beginn der Produktion geprüft, und vor der Freigabe der Trommel erfolgt eine allgemeine Endkontrolle. Kennwerte der Adernpaare, wie Schlaglänge und Kapazitätsbalance, sind im Produktdatenblatt aufgeführt. Auf Wunsch können wir diese Daten anhand unserer Qualitätskontrollaufzeichnungen für die jeweilige Fertigung bestätigen.
Der Kapazitätsausgleich verdient die ihm gebührende Aufmerksamkeit bei Signalkabeln. Verhalten sich die beiden Leiter eines Adernpaares nicht gleichmäßig, werden Störungen von außen nicht mehr gleichmäßig auf beiden Adern empfangen, sodass der Empfänger sie nicht mehr korrekt ausblenden kann. In der Praxis kann sich dies beispielsweise durch Messwertänderungen äußern, die beim Ein- und Ausschalten von Geräten in der Nähe auftreten – ein Symptom, das auch bei der Wasseraufbereitungsanlage aus einem anderen Grund beobachtet wurde.
Die Flammbeständigkeit sollte vor der Bestellung ebenfalls geprüft werden. Unsere Standard-PVC-Steuerkabel erfüllen die Anforderungen des Einzelkabel-Flammtests nach IEC 60332-1-2. Auf Wunsch liefern wir auch höhergradig flammhemmende Ausführungen wie IEC 60332-3-22 Kategorie A oder halogenfreie, raucharme Kabel. Unser Leitfaden dazu IEC-Kabelnormen für Bauwesen und Brandschutz erklärt, wie die Hauptkategorien des Tests zusammenhängen.
Den richtigen Weg finden, bevor die Spezifikation feststeht
In allen oben genannten Situationen gilt dasselbe Muster. In jedem Fall handelte es sich bei dem ausgefallenen Kabel um ein an sich praktikables Kabel, das jedoch in einer ungeeigneten elektrischen Umgebung verlegt war. Die Fehlersuche begann mit der Überprüfung der Kabelführung, während die Spezifikationen erst an zweiter Stelle standen. Die Wahl der richtigen Schirmung, die korrekte Verbindung der Schirmung und der richtige Abstand zu den Stromkabeln lösten alle Probleme.
Unser Team fertigt seit 1998 in unserem Werk in Wuhan mit eigenem Prüflabor Steuerungs-, Instrumentierungs- und Netzwerkkabel für Industrieprojekte. Für die Zusendung eines technischen Datenblatts und eines Werkspreises benötigen wir lediglich Angaben zur Aderanzahl, zum Querschnitt, zu den Schirmungsanforderungen und zu den jeweiligen Normen. Sofern verfügbar, stellen wir Ihnen gerne Muster oder Probelängen zur Verfügung, bevor wir die Projektmengen festlegen.
FAQ
Kann man für RS-485 oder Modbus RTU auch Cat5- oder Cat6-Kabel verwenden?
Ja, aber nur, wenn die Kabelführung und die Umgebungsbedingungen dies zulassen. Für kurze, saubere Strecken kann ein zusätzliches verdrilltes Adernpaar der Kategorie 5e oder 6 ausreichen. Lange industrielle Strecken in der Nähe von Frequenzumrichtern, Motoren oder Stromkabeln sollten hingegen mit geschirmten, verdrillten Adernpaaren durchgeführt werden, die für die Busimpedanz und die Installationsbedingungen spezifiziert sind.
Sollte die Abschirmung eines verdrillten Zweidrahtkabels an einem oder an beiden Enden geerdet werden?
Bei den meisten analogen Signal- und Instrumentierungskabeln ist die Erdung eines Endes die sicherere Standardeinstellung. Die Erdung beider Enden kann zu Ausgleichsströmen führen, wenn die beiden Enden unterschiedliche Erdungspotenziale aufweisen. Eine unverbundene Schirmung hingegen verringert deren Funktion erheblich. Ethernet-, Feldbus- und andere herstellerspezifische Systeme stellen einen Sonderfall dar und müssen den Erdungsvorschriften der Geräte sowie dem Potenzialausgleichskonzept des Standorts entsprechen.
Kann das RS-485-Kabel in der gleichen Kabelrinne wie das Stromkabel verlegt werden?
Dies sollte nach Möglichkeit vermieden werden. Lässt sich die Kabelführung nicht ändern, ist eine geeignete Trennung, ein metallischer Verteiler, ein geschirmtes verdrilltes Adernpaar und eine sorgfältige Erdung, insbesondere in der Nähe der VFD-Ausgangskabel, wo die Störungen am stärksten sind, erforderlich.
Müssen alle 4-20 mA-Schleifen einzeln abgeschirmte Adernpaare aufweisen?
Nein, nicht alle. Eine einzelne kurze Schleife in einem sauberen Verteilerkasten benötigt möglicherweise nur ein normales geschirmtes Adernpaar, und mehrere analoge Schleifen innerhalb eines Mehrpaarkabels sollten einzeln geschirmte Adernpaare verwenden, wenn es auf Genauigkeit ankommt oder wenn sich Pumpen, Antriebe oder Schaltgeräte in der Nähe befinden.
Was sollte als Erstes überprüft werden, wenn ein Feldbussegment immer wieder ausfällt?
Überprüfen Sie den Kabelverlauf, bevor Sie Geräte austauschen. Achten Sie darauf, ob das Kabel in der Nähe von Antrieben oder Motoranschlüssen verläuft, und prüfen Sie anschließend die Anschlüsse, die Schirmungsdurchgängigkeit und die Schirmung. Viele sporadische RS-485-Fehler lassen sich auf die Installationsbedingungen und nicht auf die SPS oder das Gateway zurückführen.
Lässt sich das Problem der Störungen in Industrieschränken durch eine höhere Ethernet-Kategorie lösen?
Nein, die Kabelkategorie allein löst das Problem der Störungen im Schaltschrank nicht. Ein korrekt verklebtes, geschirmtes Cat6-Kabel kann neben Schützen zuverlässiger sein als ein ungeschirmtes Cat6A-Kabel, da die Störungen üblicherweise durch die Schirmung und die Kabelführung und nicht durch die Bandbreite verursacht werden.
