Kuinka kenttäväyläkaapelin sähköiset parametrit määritellään protokollalla ja miksi niitä ei voida vapaasti korvata
Kenttäväyläkaapelit eivät ole yleisiä kenttäväylämerkinnöillä varustettuja signaalikaapeleita – jokainen suuri kenttäväyläprotokolla määrittää tarkat sähköiset ominaisuudet fyysisen kerroksen kaapelilleen, ja kaapelin ominaisimpedanssi, kapasitanssi yksikköpituutta kohti ja vaimennus signaalitaajuudella ovat kantavia parametreja protokollan siirtomallissa. Kaapelin korvaaminen, joka ei täytä näitä parametreja, muuttaa signaalin heijastuskäyttäytymistä, verkkosegmentin enimmäispituutta ja joissakin protokollissa liitettyjen laitteiden sallittua määrää – usein ilman välitöntä ilmeistä vikaa, mutta heikentyneet kohinamarginaalit, jotka ilmenevät ajoittaisina tiedonsiirtovirheinä sähköhäiriöissä.
PROFIBUS DP, laajimmin käytetty kenttäväylä prosessi- ja tehdasautomaatiossa, määrittelee fyysisen kerroksen kaapelinsa IEC 61158-2:ssa ja PROFIBUS PA -spesifikaatiossa. Vakiokaapelin (tyyppi A) ominaisimpedanssi on 135-165 Ω yli 100 kHz:n taajuuksilla, kapasitanssi alle 30 pF/m, silmukkaresistanssi alle 110 Ω/km ja vaimennus alle 3 dB/100 m taajuudella 100 kHz. Nämä parametrit ovat toisistaan riippuvaisia: kaapeli, jolla on oikea impedanssi mutta liiallinen kapasitanssi, päättää oikein heijastukset solmukytkennöissä, mutta aiheuttaa liiallista signaalin heikkenemistä pitkillä segmenteillä, mikä pienentää segmentin tehollisen maksimipituuden alle standardissa määritellyn 1 200 metrin. Oikean kapasitanssin mutta alhaisen impedanssin omaava kaapeli aiheuttaa heijastuksia jokaisessa passiivisessa stub-liitännässä, jotka tulevat päällekkäin datasignaalin kanssa, mikä lisää virhesuhdetta erityisesti 12 Mbps:n enimmäissiirtonopeudella.
Syy, miksi ominaisuusimpedanssi on niin tarkasti määritelty kenttäväyläkaapeleille, liittyy päihin. PROFIBUS- tai DeviceNet-segmentissä laitteet kytketään lyhyillä päävirrasta haarautuvilla liittimillä väyläkaapeli . Jokaisessa liitäntäpisteessä väyläkaapeli näkee rinnakkaisen impedanssin epäjatkuvuuden. Jos väyläkaapelin impedanssi on spesifikaatioiden sisällä, tynkän aiheuttama epäjatkuvuus on pieni ja heijastuneen signaalin amplitudi on alle vastaanottimien kohinakynnyksen. Jos väyläkaapelin impedanssi on 20 % määrittelyn alapuolella – mikä voi tapahtua, kun edullinen määrittelemätön kaapeli korvataan – heijastuva amplitudi jokaisessa pässä kasvaa suhteellisesti, ja enintään 32 laitetta PROFIBUS-segmenttiä kohden, kumulatiivinen heijastunut energia voi aiheuttaa äärimmäisen vaikeita bittivirheitä nopeudella 12 Mbps, jotka eivät näy tiedonsiirtonopeudella 15 Mbps. diagnosointiin ilman väyläanalysaattoria ja impedanssin mittauslaitteita.
Fyysisen kerroksen kaapelin tekniset tiedot tärkeimpien kenttäväyläprotokollien välillä
Jokaisella suurella kenttäväyläprotokollalla on erillinen fyysisen kerroksen spesifikaatio, joka määrittelee yhteensopiviin asennuksiin tarvittavan kaapelirakenteen. Väärän kaapelityypin käyttäminen – jopa sellaisen, joka näyttää visuaalisesti samanlaiselta – johtaa vaatimustenvastaiseen asennukseen, joka saattaa läpäistä ensimmäisen käyttöönoton lyhyillä segmentin pituuksilla, mutta epäonnistuu verkon määritetyssä enimmäispituudessa tai pahimmassa mahdollisessa meluolosuhteissa.
| pöytäkirja | Impedanssi (Ω) | Suurin kapasitanssi (pF/m) | Segmentin maksimipituus | Kaapelin tyyppi |
| PROFIBUS DP (12 Mbps) | 135–165 | 30 | 100 m @ 12 Mbps; 1 200 m @ 9,6 kbps | Suojattu kierretty pari (tyyppi A) |
| PROFIBUS PA | 100 | — | 1 900 m (tyyppi A); 900 m (tyyppi B) | Suojattu kierretty pari, IEC 61158-2 -yhteensopiva |
| DeviceNet | 120 ± 10 % | — | 500 m (paksu); 100 m (laiha) | Paksu/ohut kaapeli integroiduilla tehojohtimilla |
| CANopen | 108–132 | — | 40 m @ 1 Mbps; 5 000 m @ 10 kbps | Suojattu kierretty pari, ISO 11898-2 |
| Foundation Fieldbus H1 | 100 | — | 1 900 m (tyyppi A) | Suojattu kierretty pari, IEC 61158-2 -yhteensopiva |
| HART (4–20 mA peitto) | — | — | 3 000 m (tyypillinen silmukan vastusraja) | Suojattu kierretty pari; silmukan vastus kriittinen |
| EtherCAT / PROFINET RT | 100 ± 15 % | — | 100 m per segmentti | Industrial Ethernet Cat5e/Cat6 (IEC 61784-5) |
Yllä luetellut segmentin pituusrajoitukset eivät ole pelkästään kaapelin pituusrajoituksia – ne edustavat sähköpolun enimmäispituutta, jonka sisällä kaikki signaalin heijastukset, etenemisviivebudjetit ja vaimennusrajat voidaan täyttää samanaikaisesti. Protokollille, joiden segmenttipituus on siirtonopeudesta riippuvainen (PROFIBUS DP, CANopen), suurten tiedonsiirtonopeuksien rajat asetetaan etenemisviiveellä – edestakaisen signaalin etenemisajan segmentin päästä toiseen on oltava lyhyempi kuin protokollan bittijakso. 12 Mbps PROFIBUS DP:llä yksi bittijakso on noin 83 ns, ja signaalin eteneminen kaapelissa, jonka etenemisnopeus (VOP) on 66 % valon nopeudesta, kattaa noin 8 metriä nanosekunnissa – jättäen hyvin vähän marginaalia pitkille segmenteille. Pienemmillä siirtonopeuksilla bittijakso on tarpeeksi pitkä, jotta etenemisviive ei ole enää rajoittava tekijä, ja vaimennus tulee sen sijaan segmentin pituutta rajoittavaksi parametriksi.
Etenemisnopeuden rooli kenttäväyläverkon ajoituksessa ja kuinka kaapelin rakentaminen vaikuttaa siihen
Etenemisnopeus (VOP) – nopeus, jolla signaali kulkee kaapelin läpi ilmaistuna prosentteina valon nopeudesta tyhjiössä – on perusparametri nopeille kenttäväyläprotokolleille, joissa etenemisviive määrittää segmentin maksimipituuden. VOP määräytyy kokonaan eristemateriaalin dielektrisyysvakiolla: VOP = 1/√εr × 100%, missä εr on eristeen suhteellinen dielektrisyysvakio. Polyeteenieristeisellä kaapelilla (εr ≈ 2,3) VOP on noin 66 %; PVC-eristeisen kaapelin (εr ≈ 3,5–4,5) VOP on noin 47–53 %. Protokollalle, jonka etenemisviivebudjetti on 500 ns, kaapelin maksimipituus PE-eristyksellä on 500 ns × 0,66 × 3 × 10⁸ m/s = noin 99 metriä; sama kaapeli PVC-eristeellä mahdollistaa vain 71 metrin pituuden – 28 %:n lyhennys segmentin maksimipituudessa pelkän eristysmateriaalin valinnasta.
Tämä suhde selittää, miksi nopeiden protokollien kenttäväyläkaapelin tekniset tiedot edellyttävät jatkuvasti polyeteeniä tai vaahdotettua PE-eristystä PVC:n sijaan ja miksi PVC-eristeisen kierretyn parikaapelin korvaaminen, joka näyttää täyttävän impedanssivaatimukset, tuottaa silti yhteensopimattoman asennuksen segmenttien enimmäispituuksilla. Etenemisnopeus vaikuttaa myös kaapelin ominaisimpedanssiin: koska Z₀ = √(L/C), jossa L on induktanssi pituusyksikköä kohti ja C on kapasitanssi pituusyksikköä kohti, ja koska suurempi εr lisää C:tä jättäen L:n suunnilleen vakioksi, korkeampi dielektrisyysvakio eristys tuottaa alhaisemman ominaisimpedanssin sekä pienemmän VOP:n. 120 Ω:n (DeviceNet) -spesifikaatiolle tarkoitettua kaapelia, jossa on PE-eristys, ei voida korvata kaapelilla, jolla on samat fyysiset mitat mutta PVC-eristys ilman, että impedanssi alittaa määrityksen. Tämä havainnollistaa lisää, miksi eristysmateriaali ja impedanssi ovat kenttäväyläkaapeleiden erottamattomat tekniset tiedot.
Teollisissa kenttäväyläverkoissa, joissa eri segmentit voivat käyttää eri valmistajien kaapeleita (yleinen tilanne jälkiasennuksissa), VOP-epäjohdonmukaisuus kaapelisegmenttien välillä aiheuttaa ajoitusvirheitä. Kaksi segmenttiä, joilla on nimellisesti identtiset spesifikaatiot eri valmistajilta, joiden VOP-arvot ovat 66 % ja 60 %, tuovat 10 %:n etenemisviiveen eron, joka ilmenee segmenttien välisenä ajoituksen värinänä. Aikaherkissä protokollissa, kuten EtherCAT ja PROFINET IRT (isokroninen reaaliaika), jotka synkronoivat verkon yli hajautetut kellot mikrosekunnin tarkkuudella, VOP-vaihtelu kaapelisegmenttien välillä myötävaikuttaa systemaattiseen ajoitussiirtymään, joka verkkoisäntälaitteen on kompensoitava käyttöönoton aikana. Protokollat, jotka vaativat alle mikrosekunnin sykliajan tarkkuutta 20 tai useammassa segmentissä, eivät voi sietää suurta VOP-vaihtelua ilman kellokompensointimekanismeja verkkoisännässä.
DeviceNet-kaapeli: Miksi tehon ja signaalin integrointi yhteen väyläkaapeliin luo ainutlaatuisia teknisiä haasteita
DeviceNet on erottuva tärkeimmistä teollisuuden kenttäväyläprotokollista integroimalla sekä 24 V DC -laitteen tehon että CAN-pohjaisen datasignaloinnin yhteen kaapeliin. Paksu kaapeli (tavallinen runkokaapeli) sisältää viisi johdinta: CAN_H- ja CAN_L-differentiaalisignaaliparin (yleensä 18 AWG), virtalähdeparin (tyypillisesti 15 AWG paksulle kaapelille) ja tyhjennysjohdon. Tämä monitoimiarkkitehtuuri yksinkertaistaa asennusta poistamalla erilliset tehokaapeloinnit kenttälaitteisiin, mutta luo teknisiä haasteita, joita ei ole olemassa vain signaalia sisältäville kenttäväyläkaapeleille.
DeviceNet-kaapelin tehojohtimet kuljettavat DC-kuormitusvirtaa, joka voi olla 8A runkokaapelissa ja tuottaa I²R-lämpöä, joka nostaa kaapelin poikkileikkauksen jakavan signaaliparin lämpötilaa. 8A–15 AWG kuparijohtimissa 100 metrin runkokaapelin tasavirtavastus tuottaa noin 2,5 W lämpöä johdinta kohden – riittää nostamaan kaapelin sisälämpötilaa useita asteita ympäristön lämpötilaa korkeammaksi kaapelihyllyasennuksessa, jossa lämmönpoisto on rajoitettu. Tämä lämpötilan nousu vaikuttaa signaaliparin ominaisimpedanssiin eristyksen lämpölaajenemisen kautta, lisää eristeen dielektristä häviötä ja nopeuttaa vaippaseoksen ikääntymistä. DeviceNet-määritykset eivät rajoita runkokaapelin maksimivirtaa pelkästään tehojohtimen nimellisarvon perusteella erikseen vaan perustuen yhdistettyyn lämpövaikutukseen signaaliparin suorituskykyyn – tämä näkökohta katoaa vain signaalikaapeleissa, joissa ei ole lämpöä tuottavia tehojohtimia.
Tehojohtimien jännitehäviö on toinen rajoitus, joka rajoittaa DeviceNet-segmentin pituutta signaalin lähetysrajasta riippumatta. DeviceNet-laitteet tarvitsevat syöttöjännitteen määritetyllä alueella (11–25 V) laitteen liittimessä; tehohanan 24 V syöttö ei saa pudota alle 11 V kaukaisimmassa laitteessa. 6 A:n runkovirralla yli 100 metrin paksuisen runkokaapelin (15 AWG, silmukkaresistanssi noin 0,22 Ω/m) jännitehäviö on 6 A × 0,22 Ω/m × 100 m × 2 (syöttö ja paluu) = 26,4 V, mikä ylittää huomattavasti käytettävissä olevan syöttöjännitteen. Käytännössä runkopegmentin väliajoin sijoitetut tehoottohaaroittimet yhdistettynä laitteen maksimivirrankulutuksen huolelliseen laskemiseen segmenttiosuutta kohti vaaditaan pitämään jännite kaikissa laitteen pudotustilanteissa spesifikaatioiden sisällä. Kenttäväyläkaapelin toimittajien, jotka tarjoavat DeviceNet-kaapelia, ei tulisi antaa vain signaaliparametreja (impedanssi, kapasitanssi) vaan myös tehojohtimen resistanssi yksikköpituutta kohden ja lämpötilan vähennyskäyrät sekä signaali- että tehojohtimille korkeissa ympäristön lämpötiloissa.
Suojan maadoitus kenttäväyläkaapeliasennuksissa ja miksi väärä maadoitus aiheuttaa enemmän ongelmia kuin ei suojausta
Kenttäväyläkaapelin suojavaipat ovat teollisuusautomaatioasennuksissa yleisimmin käytettyjä komponentteja. Suojuksen tarkoituksena on tarjota matalaimpedanssinen polku yhteismuotoisille häiriövirroille, estäen niitä pääsemästä signaalipariin differentiaalikohinana. Tämän saavuttaminen edellyttää, että suoja on maadoitettu tavalla, joka tarjoaa tämän reitin samalla, kun estetään maadoituspisteiden välisiä maapotentiaalieroja ohjaamasta virtoja suojan läpi – virtoja, jotka tulevat signaalin päälle yhteismuotoisena kohinana ja heikentävät tiedonsiirron luotettavuutta. Jännitys näiden kahden vaatimuksen välillä – maadoita suojus melun ohjaamiseksi, mutta vältä kohinaa aiheuttavia maasilmukoita – ratkaistaan eri tavalla protokollasta ja erityisestä meluympäristöstä riippuen.
PROFIBUS DP:lle vakiosuositus on kaapelisuojan yksipistemaadoitus kunkin segmentin ohjauspaneelin päässä, kentänpään suojavaippa jätetään kellumaan tai kytkettynä suuren impedanssin maadoituskondensaattorin kautta. Tämä järjestely estää 50 Hz:n maasilmukkavirtojen kulkemisen suojan läpi – joka on hallitseva matalataajuinen melulähde useimmissa tuotantolaitoksissa – mutta tarjoaa silti korkeataajuisen EMI-suojauksen, koska kapasitiivinen maadoitusliitäntä kentän päässä on matala impedanssi maasilmukan taajuusalueen yläpuolella olevilla taajuuksilla. Käytännössä monet asennukset maadoittavat suojan molemmista päistä, mikä toimii oikein, kun kaikilla segmentin laitteilla on sama maapotentiaali. Suurissa laitoksissa, joissa maadoitusverkon potentiaali valvomon ja etäkentän kytkentärasian välillä voi poiketa 1–5 V 50 Hz:llä, molempien päiden maadoitus ajaa merkittäviä 50 Hz virtoja suojan läpi, ja näiden virtojen magneettikenttä aiheuttaa signaaliparissa differentiaalista kohinaa – juuri sen häiriön, jota suojan oli tarkoitus estää.
PROFIBUS PA:ssa ja Foundation Fieldbus H1:ssä, jotka on suunniteltu käytettäväksi vaarallisilla alueilla (vyöhyke 1 ja vyöhyke 0) ATEX- ja IECEx-määräysten mukaisesti, suojan maadoituksen on täytettävä samanaikaisesti sekä EMC- että luonnostaan liittyvät turvallisuusvaatimukset. Luonnostaan turvallisissa asennuksissa suoja tulee maadoittaa vain yhdessä kohdassa – turvallisella alueella – ja kentän pään suoja on eristettävä maasta vähintään 1 MΩ, jotta suoja ei muodosta maasulkupolkua, joka voi ylittää luonnostaan turvallisen esteen energiarajat. Tämä maadoitusrajoitus ei ole neuvoteltavissa IS-määräysten mukaisesti; PROFIBUS PA -segmentin molempien päiden suojan maadoitus vaarallisella alueella mitätöi asennuksen luontaisen turvallisuustodistuksen riippumatta siitä, aiheuttaako suojan maadoitus toiminnallisen EMC-ongelman.
Cat5e- tai Cat6-kaapeleita käyttävillä teollisilla Ethernet-kenttäväyläprotokollilla (EtherCAT, PROFINET) on omat suojausvaatimukset. Vakiorakenteinen kaapelointikäytäntö määrittelee 360° suojavaipan päätteen molemmissa päissä käyttämällä EMC-luokiteltuja RJ45-liittimiä tai M12-pyöreitä liittimiä teollisuusympäristöissä. Koska Ethernet käyttää muuntajakytkettyjä liitäntöjä, jotka luonnostaan hylkäävät yhteismoodihäiriöt vastaanottimessa, teollisuuden Ethernetin suojamaadoitusfilosofia ei ole yhtä kriittinen kuin RS-485-pohjaisten kenttäväyloiden osalta – mutta liittimen suojauksen päätteen mekaaninen laatu on tärkeä, koska korkean impedanssin suojausreitit mahdollistavat korkean taajuuden virrankulutuksen (pig) jotka heikentävät kaapelin EMC-suorituskykyä yli 100 MHz:n taajuudella.
Kenttäväyläkaapelin päätevastukset: miksi niitä tarvitaan ja kuinka väärät arvot aiheuttavat verkon epävakautta
Väylän päätevastukset ovat pakollinen komponentti kaikissa RS-485-pohjaisissa kenttäväyläasennuksissa – mukaan lukien PROFIBUS DP, CANopen ja DeviceNet –, mutta ne ovat kuitenkin yleisimmin väärin käytettyjä tai jätettyjä elementtejä kenttäväyläverkon vianmääritystapauksissa. Niiden tehtävänä on absorboida signaalien energia, joka saavuttaa signaalin lopussa väyläkaapeli ja estää signaalin heijastusten etenemisen takaisin signaalilähdettä kohti. Päätteen fysiikan ymmärtäminen selittää, miksi väärät vastusten arvot - tai useat vastukset, joita käytetään ei-päätepisteissä - ovat tuhoisia väyläsignaalin eheydelle.
Kun signaali etenee siirtolinjaa pitkin ja saavuttaa impedanssin epäjatkuvuuden, syntyy heijastunut aalto, jonka amplitudi on verrannollinen heijastuskertoimeen Γ = (Z_load − Z₀) / (Z_load Z₀). Avoimen piirin päässä (Z_load → ∞) Γ = 1 ja heijastuneen aallon polariteetti ja täysi amplitudi on sama kuin tulevalla aallolla. Oikosulkupäätteessä Γ = −1 ja heijastuneen aallon amplitudi on sama, mutta päinvastainen napaisuus. Päätevastus, joka vastaa kaapelin ominaisimpedanssia (Z_load = Z₀), tuottaa Γ = 0 — ei heijastusta. PROFIBUS DP:lle, jonka Z₀ = 150 Ω, päätevastuksen arvoksi on määritetty 150 Ω. DeviceNetissä, jonka Z₀ = 120 Ω, päätevastukset ovat 120 Ω. CANopenissa (myös ISO 11898 fyysinen kerros) pääte on 120 Ω pääväylän molemmissa päissä.
Virheellisten päätearvojen seuraukset ovat signaalitasokohtaisia. Päätevastus, joka on 20 % alle määrittelyn (120 Ω PROFIBUSin 150 Ω sijasta), luo heijastuskertoimen Γ = (120-150)/(120 150) = -0,11, mikä tuottaa heijastuneen aallon 11 %:lla tulevasta amplitudista. PROFIBUS DP -signaalille, jonka differentiaaliamplitudi on 5 V, 11 %:n heijastus lisää 0,55 V:n häiriön, joka saapuu jokaiseen solmuun yhden edestakaisen viiveen alkuperäisen signaalin reunan jälkeen. Nopeudella 12 Mbps tämä viive on pitkien segmenttien bittijakson sisällä, mikä aiheuttaa heijastuneen reunan häiriön esiintymisen alavirran vastaanottimien näytteistysikkunan aikana ja lisää bittivirhesuhdetta. Päättämisen jättäminen kokonaan pois (avoin piiri) tuottaa täyden amplitudin heijastuksia, jotka voivat olla riittävän suuria rikkomaan alavirran vastaanottimien logiikkakynnystä, mikä aiheuttaa täydellisen tiedonsiirtohäiriön korkeilla siirtonopeuksilla jopa lyhyillä segmenteillä.
Usein väärinymmärretty sääntö on, että päätevastukset tulee asentaa vain pääväyläkaapelin kahteen fyysiseen päätepisteeseen - ei koskaan välihanoihin, spur-liitäntöihin tai T-liitoskohtiin. Päätevastuksen asentaminen välikäskyyn tuo rinnakkaisen impedanssin maahan tuossa kohdassa, mikä vähentää tehollista väylän impedanssia ja synnyttää heijastuksen jokaisessa signaalisiirtymässä vastuksen arvosta riippumatta. PROFIBUS-toistimet, jotka generoivat signaalin uudelleen ja muodostavat uuden väyläsegmentin, on käsiteltävä segmentin päätepisteenä päätepisteen suhteen — toistimen jokainen puoli on erillinen segmentti, jonka segmenttien päätepisteissä on oma päätevastuspari.
Ympäristö- ja mekaaniset luokitukset kenttäväyläkaapeleille vaativissa teollisuusasennuksissa
Paneelin johdotukseen ja kevyeen teollisuusympäristöön suunnitellut vakiokenttäväyläkaapelit eivät sovellu asennettavaksi vaativiin prosessilaitosympäristöihin ilman nimenomaista ympäristöluokitusta. Öljynjalostamot, kemiantehtaat, elintarviketeollisuuden laitokset, ulkona toimivat sähköasemat ja koneet, joissa on voimakasta tärinää tai jatkuvaa kaapeliliikettä, aiheuttavat mekaanisia ja kemiallisia rasituksia, joita tavalliset kenttäväylän kaapelivaipat ja eristysmateriaalit eivät kestä prosessinohjausinfrastruktuurin odotettavissa olevan 15–25 vuoden käyttöiän aikana. Kenttäväyläkaapeleiden valitseminen, joilla on asianmukaiset ympäristöluokitukset asennusolosuhteisiin, on yhtä tärkeää kuin oikean sähkötekniikan valinta.
Kemikaalien kestävyysvaatimukset
Prosessilaitosympäristöt altistavat kenttäväyläkaapelit hiilivedyille (öljyt, polttoaineet, aromaattiset liuottimet), emäksisille puhdistusaineille, hapoille ja höyrylle – joista jokainen hajottaa tiettyjä vaippamateriaaleja eri nopeudella. Tavalliset PVC-vaipat kestävät hyvin alifaattisia hiilivetyjä (mineraaliöljyt, diesel), mutta ne turpoavat merkittävästi aromaattisissa liuottimissa (tolueeni, ksyleeni) ja väkevät hapot ja emäkset hyökkäävät niihin. Polyuretaanivaipat (PUR) tarjoavat erinomaisen öljyn ja polttoaineiden kestävyyden, erinomaisen kulutuskestävyyden ja hyvän joustavuuden alhaisissa lämpötiloissa – mikä tekee niistä ensisijaisen vaippamateriaalin kenttäväyläkaapeleille työstökoneissa ja koneenrakennusympäristöissä, joissa on leikkausnesteitä, hydrauliöljyjä ja jäähdytysnesteitä. PUR on kuitenkin herkkä hydrolyysille korkean kosteuden ja korkean lämpötilan ympäristöissä; PUR-vaipallinen kenttäväyläkaapeli, joka on asennettu höyrypuhdistettuun elintarvikkeiden käsittelyalueeseen, voi hajota uretaanisidoksen hydrolyyttisen ketjun katkeamisen seurauksena, jolloin vaippa halkeilee 3–5 vuoden kuluttua. Höyrypuhtaisiin ympäristöihin silloitetut PE- tai polypropeenipohjaiset vaippayhdisteet, joilla on osoitettu hydrolyysinkestävyys, ovat sopivampia huolimatta niiden alhaisemmasta hankauskestävyydestä PUR:iin verrattuna.
Mekaaninen kestävyys liikkuvissa kaapelisovelluksissa
Robottikäsivarsiin, vetoketjuihin tai muihin jatkuvasti liikkuviin koneisiin asennettujen kenttäväyläkaapeleiden on säilytettävä sähköiset parametrinsa – erityisesti ominaisimpedanssin ja signaaliparin kapasitanssitasapainon – koko kaapelin mekaanisen käyttöiän ajan. Impedanssin muutokset, jotka johtuvat johtimien siirtymisestä (johtimien siirtyminen vaipan sisällä toistuvan taivutuksen aikana) muuttavat väylän pääteolosuhteita ja voivat aiheuttaa aiemmin yhteensopivan verkon heijastuksia ja tietoliikennevirheitä laajennetun huollon jälkeen. Jatkuvaan joustokäyttöön tarkoitetuissa kenttäväyläkaapeleissa käytetään luokan 6 hienosäikeisiä johtimia, termoplastista elastomeeriä (TPE) tai PUR-vaippaa ja säikeitysgeometrioita, joissa on keskellä olevat täyteaineet, jotka estävät sydämen siirtymisen. Vähimmäis taivutussäde jatkuvassa taivutuksessa on tyypillisesti 7,5–10 × kaapelin ulkohalkaisija verrattuna kiinteään asennukseen 4 × – kiinteän asennuksen taivutussäteen ylittäminen vetoketjussa aiheuttaa vaipan halkeamisen ja hylsyjen paikan siirtymisen 1–3 miljoonan joustojakson sisällä, mikä on kaukana teollisissa vetoketjusovelluksissa odotetusta 10 miljoonasta syklistä.
Sisääntulosuojaus ja ulkoasennus
Ulkotiloihin tai kosteisiin teollisuusympäristöihin asennettujen kenttäväyläkaapeleiden on oltava vesiupotusluokituksia, jotka ylittävät liitetyn laitteen IP67- tai IP68-luokituksen. Kaapelin ulkovaipan tulee säilyttää eheytensä altistuessaan UV-säteilylle, sateelle, lämpötilavaihteluille -40 °C:sta 90 °C:seen ja otsonipitoisuuksille, jotka ovat kohonneet taustan yläpuolelle sähköpurkauslaitteiden lähellä. UV-stabiloidut mustat polyeteenivaipat, joissa on määritelty UV-stabilisaattoripitoisuus (tyypillisesti HALS 0,2–0,5 painoprosenttia yhdistettynä hiilimustan pitoisuuteen 2–3 %), takaavat riittävän vakauden ulkona 20 vuoden käyttöiän ajan. Kriittinen asennuskohta on, että kaapelin ulkoinen UV-kestävyys riippuu vaipan eheydestä – kaikki pintavauriot, jotka aiheutuvat hankauksesta, jyrsijöiden hyökkäyksestä tai asennusrasitusta, jotka paljastavat alla olevan eristeen, tuhoavat UV-suojan kyseisessä paikassa ja käynnistävät nopean valohajoamisen. Asennuksissa, joissa on mekaanisen vaurion riski, ulkona käytettävien kenttäväyläkaapeleiden tulee sisältää suojaava ulkokerros teräsnauhaa tai aallotettua teräspanssaria vaipan alla estämään kosketuksen aiheuttamat vaippavauriot.
