Une usine de traitement en Asie du Sud-Est nous a contactés au sujet d'un segment RS-485 qui se déconnectait plusieurs fois par poste. Deux passerelles avaient déjà été remplacées et le maître de l'automate programmable reprogrammé avant que quiconque ne se penche sur le câble, qui s'est avéré être la source du problème.
Le câble à paires torsadées s'impose dans les systèmes industriels et de contrôle car ses deux conducteurs torsadés, disposés selon une longueur de pas contrôlée, captent des interférences quasi identiques, le récepteur soustrayant les interférences reçues sur les deux conducteurs. Ce mécanisme explique son utilisation dans les liaisons de bus de terrain, les boucles d'instrumentation 4-20 mA, l'Ethernet au niveau machine et le câblage d'interverrouillage classique. Sa résistance aux conditions industrielles dépend du blindage, de la liaison équipotentielle du blindage et de la distance par rapport au câblage d'alimentation. Les exemples présentés dans cet article sont tirés de projets que nous avons accompagnés ; les détails concernant nos clients ont été omis.
Qu'est-ce qui distingue réellement une bonne paire d'une mauvaise ?
Deux caractéristiques permettent de distinguer un câble fonctionnel d'un câble d'apparence identique à son extrémité coupée. La première est la longueur de pas, c'est-à-dire le degré de torsion des paires. Un pas de pas irrégulier se traduit sur le terrain par de la diaphonie entre les paires lors d'un test Fluke, ou par une mesure analogique fluctuante à chaque commutation d'une boucle voisine.
La seconde caractéristique est l'impédance, et c'est là que les commandes se trompent. PROFIBUS DP sur RS-485 requiert une paire torsadée blindée proche de 150 Ω, tandis que PROFIBUS PA fonctionne avec des paires d'environ 100 Ω grâce à la couche physique Manchester Bus Powered décrite dans [référence manquante]. CEI 61158-2. Un câble de commande à usage général et à impédance non contrôlée convient aux interverrouillages et aux signaux d'état, mais il générera tout de même des réflexions et des erreurs CRC sur un bus rapide. Notre aperçu plus complet de où le câble à paires torsadées est utilisé dans différents systèmes cartographie le reste du territoire.
Les coffres Fieldbus et le coût réel du partage d'un plateau
Dans cette usine d'Asie du Sud-Est, la solution se trouvait dans les schémas d'acheminement et les photos du site, bien avant l'établissement du câblage. Le bus RS-485 reliait une vingtaine d'appareils de terrain à l'automate principal et passait dans le même chemin de câbles que les câbles de sortie de trois variateurs de fréquence, sans séparateur. Le câble installé était un câble multiconducteur non blindé, choisi principalement pour sa simplicité en termes de nombre de conducteurs. Cette configuration exposait le bus aux perturbations des variateurs.
Deux vérifications sur site l'ont confirmé. L'automate maître a enregistré des erreurs de communication alors que tous les périphériques restaient en ligne, ce qui indique un problème au niveau de la couche physique. De plus, un test de continuité n'a révélé aucun chemin d'écran utilisable sur ce multicœur. La terminaison était déjà correcte aux deux extrémités de la liaison principale ; par conséquent, des modifications supplémentaires de la passerelle et de la configuration de l'automate n'auraient rien donné.
Nous avons reconstruit le tronc avec un câble de bus de terrain à paires torsadées blindées, enroulé sur des tourets de longueur continue, sans joint intermédiaire. Le segment fonctionnait à faible vitesse et n'était pas un réseau PROFIBUS ; la paire a donc été spécifiée avec une impédance caractéristique définie, adaptée à l'émetteur-récepteur et à la longueur du trajet. Pour le câblage du panneau près des armoires de variateurs, nous avons fourni Câble de commande blindé tressé CY, équivalent international du KVVP, Le bus, câblé avec une tresse de cuivre étamé et offrant une couverture optique minimale de 85%, a été installé par l'entrepreneur qui a fixé une cloison en acier et l'a surélevé. La liaison équipotentielle du blindage a été réalisée conformément aux instructions de mise à la terre du fournisseur et au plan de liaison équipotentielle du site. Depuis, la communication est stable.
Les enseignements tirés de cette situation dépassent le cadre de cette installation. Lorsqu'un câble de signal passe à proximité d'une armoire électrique, le blindage, la mise à la terre et l'isolation doivent être vérifiés avant toute modification d'appareil ou augmentation de la section des conducteurs, car un conducteur de plus grande section contribue à réduire la chute de tension sans pour autant atténuer le bruit du bus.
| Réseau | Spécification de la paire pour laquelle nous établissons un devis | Comportement en matière de distance et de vitesse | Limite de segment |
|---|---|---|---|
| PROFIBUS DP (RS-485) | Paire torsadée blindée, environ 150 Ω | Environ 1200 m à 9,6 kbit/s, tombant à environ 100 m dans la gamme de 3 à 12 Mbit/s | 32 stations par segment sans répéteur |
| PROFIBUS PA (MBP) | Paire torsadée blindée, environ 100 Ω | Débit fixe de 31,25 kbit/s, avec alimentation et signal sur la même paire | Adapté aux zones intrinsèquement sûres |
| Ethernet industriel | Câbles Cat5e à Cat7, blindés par feuille d'aluminium ou tresse dans les zones à fort bruit. | La bande passante détermine la catégorie, et la longueur du canal est fixée par la norme de câblage appliquée. | Conformément à la norme de conception mentionnée dans le projet |
Les schémas PROFIBUS reflètent les couches physiques RS-485 et MBP publiées par PROFIBUS & PROFINET International et la norme IEC 61158-2:2023. Les éditions antérieures présentent des différences de détail. La liaison des blindages sur un réseau PROFIBUS est un sujet spécifique, car les instructions de montage publiées préconisent de connecter le blindage au système de liaison équipotentielle à chaque station et à l'entrée de l'armoire, en utilisant une large surface de contact. La documentation du fournisseur fait foi pour chaque projet.
Boucles d'instrumentation et décision de criblage multipaire
Lorsqu'un câble multipaire est utilisé par plusieurs boucles 4-20 mA, la structure du blindage est plus importante que ne le laissent penser de nombreux tableaux. Un blindage global protège le câble des interférences externes, mais n'empêche pas le couplage entre les paires à l'intérieur de la gaine. C'est pourquoi, pour les liaisons d'instruments analogiques, le blindage individuel des paires justifie souvent le surcoût.
Nous avons constaté ce problème clairement sur une station de traitement d'eau. Les relevés de niveau et de débit fluctuaient à chaque démarrage d'une pompe doseuse, puis se stabilisaient à son arrêt, un comportement qui conduit généralement à examiner en premier lieu les transmetteurs. L'armoire de raccordement était alimentée par un câble à douze paires avec un blindage unique en feuille d'aluminium, et les boucles de niveau, de débit et de vanne de régulation étaient toutes regroupées dans cette même gaine. Avant de remplacer l'ensemble du câble, une vérification simple consistait à déplacer une ou deux boucles concernées sur des paires de rechange blindées individuellement et à observer si la dérive disparaissait, ce qui fut le cas. Le remplacement définitif utilisait des paires blindées individuellement sous un blindage global, avec des fils de drainage reliés uniquement à l'extrémité de l'armoire de raccordement.
Pour les appels d'offres relatifs à l'instrumentation pour l'eau, le pétrole et le gaz, la norme BS 5308 est souvent citée pour les câbles multipaires. Nous nous basons sur cette spécification lorsque l'appel d'offres la mentionne, et nous évitons de la considérer comme une norme par défaut pour chaque projet. Il est plus sûr de suivre la norme indiquée dans les documents du projet, puis de choisir la structure de blindage en fonction du risque réel lié au signal.
Ethernet au niveau de la machine et de l'armoire
Dans une armoire électrique, la catégorie de câble n'est pas toujours le critère déterminant. Ce qui importe davantage, c'est que le câble Ethernet résiste aux interférences des contacteurs, du câblage des appareillages de commutation et des circuits d'alimentation environnants. C'est précisément dans ce type d'environnement, au niveau de l'armoire, que nos câbles réseau blindés sont utilisés.
Pour ces installations de machines et d'armoires de commande, nos Gamme de câbles réseau Cat5e, Cat6, Cat6A et Cat7 Inclut des options de blindage par feuille d'aluminium et par feuille d'aluminium et tresse, construites sur des conducteurs en cuivre nu massif conformément aux normes IEC 61156, TIA/EIA-568 et ISO/IEC 11801. Comparées aux câbles non blindés, ces constructions offrent à la paire de signaux une meilleure protection contre les interférences électromagnétiques, tandis qu'une liaison appropriée au niveau de la plaque presse-étoupe assure à l'écran un chemin fiable vers la terre.
Dans les projets de métro et de contrôle industriel, nous recommandons généralement l'utilisation d'un câble Cat6 blindé pour les descentes d'armoires où interrupteurs, contrôleurs, contacteurs et câblage d'alimentation partagent un même boîtier compact. Le câble doit néanmoins être acheminé à distance de la couche d'alimentation et testé comme canal lors de la mise en service, car le blindage est optimal lorsque l'installation le permet.
KVV ou KVVP, et pourquoi les acheteurs se trompent dans les deux sens
Le choix entre les câbles KVV et KVVP ne doit pas se faire par habitude. Le câble KVV convient aux installations propres et peu bruyantes. Le câble KVVP est recommandé lorsque le passage se situe à proximité de variateurs, de moteurs, de démarreurs progressifs ou de contacteurs de forte puissance. L'erreur consiste à utiliser le même type de câble pour chaque installation.
Pour le câblage de commande fixe dans les panneaux, les chemins de câbles et les conduits, loin des principales sources de bruit, notre Câble de commande KVV non blindé, vendu à l'international sous la marque YY, Ce type de câble est généralement suffisant. Il utilise des conducteurs en cuivre recuit conformes à la norme IEC 60228, avec des configurations typiques de 2 à 37 conducteurs et des sections de 0,75 mm² à 10 mm², et des nombres de conducteurs supérieurs disponibles sur demande. Il convient aux interverrouillages, aux signaux d'état et aux circuits de commande basse consommation.
Pour les trajets à proximité de moteurs ou d'équipements de commutation lourds, l'utilisation d'un câble de commande blindé tressé, tel que le KVVP ou le CY, est justifiée. Le blindage contribue à réduire les interférences électromagnétiques. Cependant, il engendre un surcoût et augmente le rayon de courbure ; nous le recommandons donc uniquement lorsque le trajet nécessite une protection.
Deux points méritent d'être vérifiés avant la mise en production d'une commande. Premièrement, la présence de conducteurs de rechange pour d'éventuelles modifications ultérieures, car une petite modification après la mise en service peut nécessiter le remplacement du câble. Deuxièmement, la classe du conducteur, notamment pour les pièces mobiles comme les portes de panneaux. Un conducteur fixe de classe 2 n'est pas adapté à un câble soumis à des flexions quotidiennes ; un conducteur multibrins de classe 5 est bien plus approprié.
Erreurs d'installation qui coûtent plus cher que le câble
La plupart des appels que nous recevons sont dus à quatre erreurs d'installation : des blindages de boucle analogiques reliés à la masse aux deux extrémités, ce qui favorise la circulation du courant ; des jonctions en milieu de route dans un bus blindé, où chaque jonction représente une discontinuité potentielle du blindage ; des résistances de terminaison manquantes ou dupliquées sur les liaisons RS-485 ; et une gaine PVC standard préconisée pour les environnements exposés au lavage ou à l'huile, alors qu'une gaine en caoutchouc ou résistante à l'huile serait plus appropriée.
La séparation des câbles d'alimentation est la cinquième mesure, et elle est au moins aussi importante que le blindage. Le tableau de séparation simplifié ci-dessous est celui le plus souvent cité de la norme EN 50174-2, et il provient des éditions précédentes de cette norme. Il reste une référence utile pour la planification, et l'édition actuelle de 2018 se base sur une classification des câbles et une séparation minimale calculée ; par conséquent, c'est l'édition mentionnée dans les documents du projet qui fait foi.
| Combinaison de câbles | Pas de séparateur ou séparateur non métallique | Cloison en aluminium | Séparateur en acier |
|---|---|---|---|
| Câble d'alimentation et câble de signal non blindés | 200 mm | 100 mm | 50 mm |
| Câble d'alimentation non blindé et câble de signal blindé | 50 mm | 20 mm | 5 mm |
| Câble d'alimentation blindé et câble de signal non blindé | 30 mm | 10 mm | 2 mm |
| Câble d'alimentation blindé et câble de signal blindé | 0 mm | 0 mm | 0 mm |
Ces distances proviennent de l'ancien tableau simplifié EN 50174-2, une norme d'installation européenne applicable lorsqu'un projet le spécifie. Les valeurs indiquées ne constituent pas une règle universelle pour tous les marchés. En Amérique du Nord, les projets font plus souvent référence à la norme ANSI/TIA-569 et au code électrique national en vigueur, et les valeurs diffèrent. Les règles locales de sécurité électrique prévalent sur les espacements CEM partout dans le monde. Instructions d'installation PROFIBUS et PROFINET Ce document approfondit les pratiques de mise à la terre, de blindage et d'espacement des câbles plus que la plupart des documents de projet.
L'analyse du trajet que nous effectuons avant d'établir un devis
Voici la procédure que suivent nos ingénieurs lorsqu'un client nous envoie un plan de câblage ; elle permet de détecter la plupart des problèmes à un stade où leur réparation est encore peu coûteuse.
- Type de signal sur chaque circuit, c'est-à-dire bus de terrain, boucle analogique, Ethernet ou simple câblage d'interverrouillage.
- La distance et le débit de données requis sont liés, car les deux sont antagonistes sur le même câble.
- Proximité des entraînements, moteurs, démarreurs progressifs et équipements de soudage le long du tracé.
- Si le chemin de câbles partage un chemin de câbles ou une gaine avec le câblage électrique, et s'il existe une cloison.
- Type d'écran adapté au bruit, et extrémité à laquelle l'écran est collé.
- Disposition des résistances de terminaison sur n'importe quel segment de bus.
- Adaptabilité de la gaine et de la température aux huiles, aux produits chimiques, au lavage, aux UV ou à la flexion continue.
- La méthode de test d'acceptation a été convenue avant la livraison, la passation de consignes n'est donc pas un sujet de discussion.
Si vous préparez une commande de câbles de commande industrielle, contacter Anpu Cable Veuillez nous fournir votre schéma de câblage et de parcours avant tout achat. Nous fabriquons les câbles de contrôle et d'instrumentation dans notre usine de Wuhan, ce qui nous permet de confirmer la structure de blindage et la configuration d'âme personnalisées avant le lancement de la production. Vous évitez ainsi les erreurs de sélection de câbles, les coûts inutiles et les retards liés à vos commandes.
Ce que la constance de la production apporte sur le site
Les performances des câbles à paires torsadées dépendent de détails de fabrication subtils, imperceptibles à l'œil nu après livraison. C'est pourquoi il est essentiel de s'approvisionner directement auprès du fabricant. Nos contrôles de routine, en cours de production et finaux, portent sur la résistance des conducteurs, l'épaisseur de l'isolation, les dimensions, la couverture du blindage et les tests haute tension ou d'étincelles. Nous effectuons un contrôle des matières premières en amont et une inspection générale avant la validation du tambour. Les caractéristiques des paires, telles que la longueur de pas et l'équilibre des capacités, figurent sur la fiche technique du produit. Nous pouvons les vérifier dans nos dossiers de contrôle qualité pour chaque fabrication, si un projet l'exige.
L'équilibre capacitif des câbles de signal mérite toute l'attention qu'on lui porte. Si les deux conducteurs d'une paire ne présentent pas un comportement identique, le bruit extérieur n'est plus capté de manière égale sur les deux fils, empêchant ainsi le récepteur de l'éliminer correctement. Sur le terrain, cela peut se traduire par une variation de la lecture d'un instrument lors du démarrage ou de l'arrêt d'un équipement à proximité, un symptôme similaire à celui observé avec le système de traitement de l'eau, mais pour une autre raison.
Il est important de vérifier la résistance au feu avant de passer commande. Nos câbles de commande standard en PVC sont conformes à la norme IEC 60332-1-2 (test de flamme sur câble unique). Nous pouvons également fournir des câbles de qualité supérieure en matière de résistance au feu, comme la catégorie A selon la norme IEC 60332-3-22, ou des câbles à faible émission de fumée et sans halogène, selon les besoins du projet. Consultez notre guide pour Normes CEI relatives aux câbles pour la construction et la sécurité incendie explique comment les principales catégories de tests sont liées.
Définir correctement l'itinéraire avant les spécifications
Dans tous les cas décrits, le même schéma se répète. À chaque fois, le câble défectueux était un câble fonctionnel, mais mal adapté à un environnement électrique inadéquat. Le diagnostic a commencé par l'étude du cheminement, la fiche technique venant en second lieu. Le choix du blindage, la mise à la terre du blindage et la distance par rapport au câblage d'alimentation ont permis de résoudre tous ces problèmes.
Depuis 1998, notre équipe fabrique des câbles de contrôle, d'instrumentation et de réseau pour des projets industriels dans notre usine de Wuhan, qui dispose de son propre laboratoire d'essais. Le nombre de conducteurs, la section, les exigences de blindage et toute norme spécifiée suffisent pour que nous puissions vous fournir une fiche technique et un prix d'usine. Nous pouvons également vous proposer des échantillons ou des longueurs d'essai, selon les disponibilités, avant tout engagement de quantité.
FAQ
Un câble Cat5 ou Cat6 peut-il être utilisé pour RS-485 ou Modbus RTU ?
Oui, mais uniquement lorsque le tracé et l'environnement s'y prêtent. Pour les courtes distances et les zones dégagées, une paire torsadée de rechange en Cat5e ou Cat6 peut convenir. En revanche, pour les longs trajets industriels à proximité de variateurs de fréquence, de moteurs ou de câbles d'alimentation, il est recommandé d'utiliser un câble à paires torsadées blindées adapté à l'impédance du bus et aux conditions d'installation.
Le blindage d'un câble à paires torsadées doit-il être mis à la terre à une extrémité ou aux deux extrémités ?
Pour la plupart des câbles de signaux analogiques et d'instrumentation, la mise à la terre d'une seule extrémité est la solution la plus sûre. Relier les deux extrémités peut créer un courant de circulation si elles sont à des potentiels de terre différents, tandis que laisser le blindage non relié le rend beaucoup moins efficace. Les systèmes Ethernet, bus de terrain et autres systèmes spécifiques à un fournisseur constituent un cas particulier et doivent être mis à la terre conformément aux instructions de mise à la terre de l'équipement et aux spécifications de liaison équipotentielle du site.
Est-il possible de faire passer un câble RS-485 dans le même chemin de câbles que le câble d'alimentation ?
Il convient de l'éviter autant que possible. Si le tracé ne peut être modifié, utilisez une séparation adéquate, un séparateur métallique, une paire torsadée blindée et une mise à la terre soignée, notamment à proximité des câbles de sortie du variateur de fréquence où le bruit est le plus important.
Est-ce que toutes les boucles 4-20 mA nécessitent des paires blindées individuellement ?
Non, pas tous. Une simple boucle courte dans un panneau propre peut ne nécessiter qu'une paire blindée normale, et plusieurs boucles analogiques à l'intérieur d'un câble multipaire doivent utiliser des paires blindées individuellement lorsque la précision est importante ou lorsque des pompes, des variateurs ou des dispositifs de commutation se trouvent à proximité.
Que faut-il vérifier en premier lorsqu'un segment de bus de terrain se déconnecte sans cesse ?
Avant de remplacer des appareils, vérifiez le cheminement des câbles. Assurez-vous qu'ils ne passent pas à proximité des variateurs ou des bornes des moteurs, puis vérifiez la terminaison, la continuité du blindage et la mise à la terre des écrans. De nombreuses pannes intermittentes RS-485 sont dues aux conditions d'installation et non à l'automate programmable ou à la passerelle.
Une catégorie Ethernet supérieure permet-elle de résoudre le problème du bruit des armoires industrielles ?
Non, la catégorie seule ne résout pas le problème des interférences dans les armoires électriques. Un câble Cat6 blindé et correctement relié à la terre peut être plus fiable qu'un câble Cat6A non blindé à proximité des contacteurs, car les interférences sont généralement dues au blindage et au routage, et non à la bande passante.
