Интерфейсный кабель

Интерфейсный кабель – это, по сути, любой коннектор, соединяющий между собой компьютерные устройства или бытовую технику. У каждого интерфейса есть свои, принятые за основу, стандарты. О некоторых вариантах применения интерфейсного кабеля мы и поговорим в этой статье.

Где применим интерфейсный кабель

Рассмотрим области применения различных видов интерфейсного кабеля:

КИПЭВ, КИПвЭВ – кабели для использования внутри помещений, могут применяться в условиях повышенной пожаро- и взрывоопасности. Эксплуатационные характеристики данных моделей подтверждены соответствующими сертификатами качества.

КИПЭП, КИПвЭП – эта модификация интерфейсных кабелей может использоваться на незащищенных объектах, местах с высоким уровнем влажности.

КИПЭВБВ, КИПвЭВБВ – кабели для использования внутри помещений, могут применяться в условиях повышенной пожаро- и взрывоопасности. Эксплуатационные характеристики данных моделей подтверждены соответствующими сертификатами качества.

КИПЭПБП, КИПвЭПБП – интерфейсные кабели этого типа могут использоваться на незащищенных объектах, местах с высоким уровнем влажности. Сфера их применения – прокладка в кабельных коллекторах, различных видах шахт, в нетвердых грунтах, на фасадах зданий.

КИПЭВКГ, КИПвЭВКГ – кабели для использования внутри помещений, могут применяться в условиях повышенной пожаро- и взрывоопасности, не подвержены атакам грызунов. Эксплуатационные характеристики данных моделей подтверждены соответствующими сертификатами качества.

КИПЭПКГ, КИПвЭПКГ – эта модификация интерфейсных кабелей может использоваться на незащищенных объектах, местах с высоким уровнем влажности, они не подвержены атакам грызунов. Сфера их применения – прокладка в кабельных коллекторах, различных видах шахт, в нетвердых грунтах, на фасадах зданий.

КИПЭВКВ, КИПвЭВКВ – кабели для использования внутри помещений, могут применяться в условиях повышенной пожаро- и взрывоопасности, не подвержены атакам грызунов. Эксплуатационные характеристики данных моделей подтверждены соответствующими сертификатами качества.

КИПЭПКП, КИПвЭПКП – эта модификация интерфейсных кабелей может использоваться на незащищенных объектах, местах с высоким уровнем влажности, она не подвержена атакам грызунов. Сфера применения – прокладка в кабельных коллекторах, различных видах шахт, в нетвердых грунтах, на фасадах зданий.

Кабель интерфейсный КИПЭВ, КИПЭП, КИПвЭП и КИПвЭВ

Раскроем характеристики каждого типа кабеля более подробно.

Кабели таких марок, как КИПЭВ, КИПвЭП, КИПвЭВ и КИПЭП могут иметь одну или несколько пар свитых спирально медных проводников с обязательным лужением. Диаметр проводников, в зависимости от модели кабеля, может быть 0,6 мм (у модели 24 AWG) или 0,78 мм (у 22 AWG). Все проводники изолируются сплошным (П) или вспененным (Пв) полиэтиленом, где в качестве сердечника выступают фибрилированные нити с продольной укладкой, облаченные в экран (Э), состоящий в свою очередь из алюмолавсановой ленты, проводника из множества мелких проволок (в роли дренажа) и нескольких проволок из меди с лужением. Защитная оплетка выполнена из светостабилизированного полиэтилена (П) или пластика (В) из поливинилхлорида.

По конструкции проводники интерфейсного кабеля таких марок, как КИПЭВ, КИПвЭП, КИПвЭВ и КИПЭП (24AWG и 22AWG), имеют 7 свитых спирально проволок (с лужением), что эквивалентно по размеру отверстиям обычных интерфейсных коннекторов RS485. Кроме того, эти кабели характеризуются высокой гибкостью сердечника, что весьма полезно в производственных условиях, где нередко происходят перегибы и скручивание кабеля.

Также стоит отметить легкость пайки кабеля, неподверженность коррозии (как при укладке, так и во время эксплуатации). Последний фактор имеет огромное значение, когда кабель укладывается в соединитель, со «сдвигом изоляционного материала». В таких случаях провода могут оголяться и, не имея покрытия из олова, начнется процесс окисления, снижая общие показатели электрической проводимости.

Благодаря тому, что проводники интерфейсных кабелей изолируются полиэтиленовой оплеткой, показатель электроемкости между парами проводников остается на низком уровне (около 40 пФ/м), что обеспечивает минимальные значения задержки и искажения сигнала на всем протяжении кабеля. Эти характеристики позволяют использовать данные кабели для высокоскоростных способов передачи информации, независимо от расстояния. Но подобные показатели достижимы только с полиэтиленовой оплеткой. Применение же оплетки из поливинилхлорида неминуемо повысит емкость кабеля в два, а то и в три раза, существенно усилив уровень искажений сигнала.

Если рассматривать такой параметр, как волновое сопротивление для указанных кабелей, то это значение будет в пределах 120 Ом, что вполне соответствует стандарту RS485. Но это требование касается лишь электрических параметров выходных передатчиков и входных приемников. Если же говорить о среде, в которой происходит передача данных, то работа коннекторов RS485 будет оптимальна при рекомендованном сопротивлении 120 Ом.

Данный стандарт подразумевает, что приемопередатчики будут выдавать напряжение на выходе – 1,5 V (при использовании 32-х приемников, с нагрузкой (резистивной) в 120 Ом с двух сторон шины). Нижнее допустимое значение волнового сопротивления кабеля для драйвера RS485 равняется 100 Ом. Но такое значение влечет увеличение токовой нагрузки на сам передатчик, уменьшая тем самым возможную длину интерфейсного кабеля в низкочастотном диапазоне. При этом сопротивление в 100 Ом – это рабочее значение для стандартной витой пары для Интернета.

Если же в качестве кабеля управления используются модели с ПВХ оплеткой, то уровень их сопротивления не превышает 80 Ом (в диапазоне 0,1–100 МГц). Из всех перечисленных типов кабелей лишь телефонный имеет значение сопротивления в 120 Ом при значении частоты от 100 кГц, но эти виды интерфейсных кабелей наделены массой других недостатков относительно стандарта RS485.

Применение нитей из полипропилена между скрученными парами позволяет увеличить расстояние как между самими парами, так и между каждой парой и сердечником. Это также дает эффект снижения коэффициента затухания на 15–20 % (если сравнивать с витой парой 5 категории) в частотном диапазоне от 1 до 100 МГц. Причиной такой реакции является снижение взаимовлияния проводников друг на друга и на сам сердечник. Применение в интерфейсных кабелях КИПвЭП и КИПвЭВ оплетки из вспененного полиэтилена понижает коэффициент затухания сигнала дополнительно на 20 %. ПВХ оплетка здесь будет тем более неуместна, поскольку ее коэффициент затухания в 1,5–2,5 раза выше показателя оплетки из ПЭ.

Роль полипропиленовых нитей не только в понижении коэффициента затухания, но и в обеспечении прочности самого сердечника. Они создают округлую форму сердечнику, увеличивают его сопротивляемость на разрыв, прочность при перегибах и скручиваниях. Такие характеристики позволяют значительно увеличить надежность работы сети.

Указанные виды кабелей имеют высокую степень защиты от помех за счет двойной оплетки (из слоя алюмолавсановой ленты и слоя залуженной меди, разделенных дренажным проводником). Такая защита позволяет снизить влияние наружного электромагнитного поля на 75 дБ. Данный параметр имеет большое значение на промышленных предприятиях, где электромагнитное поле воздействует особо сильно. Кроме этого, расположение оплетки с проводником над слоем фольги позволяет сохранить ее (фольгу) от разрывов, вызванных перегибами кабеля. В некоторых случаях (телефонные, контрольные, LAN-кабели) оплетка может иметь только один слой (медная или алюмолавсановая), но эффективность таких кабелей находится в пределах 40–60 дБ.

Существует несколько вариантов оплетки кабелей по степени защиты от внешнего воздействия, окружающей среды и условий монтажа. Для прокладки внутри помещений целесообразней использовать кабели КИПЭВ и КИПвЭВ с поливинилхлоридной оплеткой. Это повысит пожаробезопасность кабеля и удобство прокладки (за счет хорошей гибкости материала).

Целесообразность применения интерфейсных кабелей типа КИПЭП и КИПвЭП с полиэтиленовой оплеткой актуальна в случаях, когда:

• отсутствуют особые требования по пожаробезопасности;
• есть участки, где присутствует вероятность прямого воздействия солнечных лучей;
• кабель размещается во влажных помещениях (это обусловлено значительно меньшим коэффициентом водопоглощения полиэтилена, по сравнению с той же ПВХ оплеткой).

Игнорирование этих рекомендаций может привести к растрескиванию оплетки (в случае применения ПВХ оплетки вместо ПЭ) под воздействием прямых солнечных лучей.

Допустимый температурный режим использования интерфейсных кабелей КИПЭП и КИПвЭП с ПЭ оплеткой от +60 °С до +85 °С, а у кабелей КИПЭВ и КИПвЭВ с ПВХ оплеткой от +40 °С до +70 °С.

Использование буквы «м» в маркировке кабелей КИПЭВм и КИПвЭВм говорит о морозостойких свойствах ПВХ оплетки, что позволяет применять ее в северных широтах нашей страны. Применение особого светостабилизирующего состава в оплетке из ПВХ позволяет использовать кабель в местах с постоянным воздействием УФ-лучей.

Интерфейсный кабель – защита от механических воздействий

В качестве дополнительной защиты от внешних повреждений, в интерфейсных кабелях могут применять экран из гофрированной или оцинкованной стальной оплетки из множества проволок диаметром 0,3 мм каждая.

Такая броня (из оцинкованной оплетки) обозначается буквой «К», а буква «Г» в той же маркировке сообщает о неиспользовании оплетки поверх металлической брони. Такая бронь применима в условиях прокладывания интерфейсного кабеля в тяжелых грунтах с нестабильными температурными условиями, и, соответственно, с разными показателями уровня плотности почвы. Такие условия (осадка почвы) предполагают некоторые механические виды воздействия на кабель. Бронированные кабели имеют отличное противостояние усилиям на изгиб. Еще одно преимущество – применение описанного типа брони позволяет поддерживать гибкость интерфейсного кабеля, увеличивая сроки его эксплуатации.

В некоторых случаях бронированная оплетка покрывается полиэтиленовой. Такой вариант приемлем для использования в шахтах, подвалах, других помещениях с высоким уровнем влажности и низким уровнем взрыво- и пожароопасности. Если же участок имеет высокую степень взрыво- и пожароопасности, то применяют покрытие из ПВХ оплетки.

Кроме защитного покрытия из оцинкованной проволоки, применяется и гофрированная металлическая оболочка, обозначаемая буквой «Б». Рекомендации к применению различных типов интерфейсных кабелей исходя из условий и целей использования такие же, как и в случае проволочной оболочки, о которой мы писали выше. Для изоляции внутренней и внешней оплетки от металлической оболочки применяют гидрофобные герметики, не допускающие проникновение влаги.

Данные виды интерфейсных кабелей могут применяться и в местах с высокой вероятностью передавливания кабеля. Не стоит забывать, что для соблюдения безопасности в местах с высокой степенью пожаро- и взрывоопасности, применяют кабель интерфейсный огнестойкий КИПвЭВБВ, КИПвЭВБВм, КИПЭВБВм и КИПЭВБВ, а в местах с высоким уровнем влажности применяют кабели КИПвЭПБП и КИПЭПБП.

Для прокладки кабельной трассы в любых грунтах применяются интерфейсные кабели с оплеткой из полиэтилена, поскольку в почве всегда влажная среда. Там же, где есть риск возникновения пожара или взрывов, применяют кабель интерфейсный огнестойкий с ПВХ оплеткой.

Использование наружной или скрытой бронированной оплетки (проволочной или гофрированной) решает еще и проблему с защитой от помех на линии. Это обусловлено тем, что металлическая оплетка снижает влияние наружного электромагнитного поля на сотни децибел в частотном диапазоне от 100 кГц и выше. А наличие в этих видах интерфейсного кабеля дополнительного экранирования в виде слоя фольги и оплетки делает их максимально защищенными от электромагнитных помех. Для прокладки АСКУЭ на предприятиях с большим количеством беспроводных передатчиков ФГУП РТРС рекомендует кабели именно с ленточной металлической оплеткой.

Количество проводниковых пар может колебаться от одной до четырех. В зависимости от типа связи может применяться одна или полуторная (с заземлением) пара в полудуплексных системах или две – четыре пары в дуплексных системах. Четыре пары проводников используются следующим образом:

• первая пара – для передачи сигнала;
• вторая пара – для приема;
• третья и четвертая пары – для контроля и подтверждения.

Маркировка интерфейсных кабелей, кроме всего прочего, может сообщить о количестве пар и диаметре применяемых проводников. Для наглядности можно привести такую формулу-шаблон.

Маркировка: Nх2хd «говорит» нам о количестве пар проводников (N) и о диаметре проводников, указываемом в мм (d). Пример маркировки: кабель КИПЭП 1х2х0,6; КИПвЭВБВм 4х2х0,78.

Интерфейсный кабель – защита от механических воздействий

В качестве дополнительной защиты от внешних повреждений, в интерфейсных кабелях могут применять экран из гофрированной или оцинкованной стальной оплетки из множества проволок диаметром 0,3 мм каждая.

Такая броня (из оцинкованной оплетки) обозначается буквой «К», а буква «Г» в той же маркировке сообщает о неиспользовании оплетки поверх металлической брони. Такая бронь применима в условиях прокладывания интерфейсного кабеля в тяжелых грунтах с нестабильными температурными условиями, и, соответственно, с разными показателями уровня плотности почвы. Такие условия (осадка почвы) предполагают некоторые механические виды воздействия на кабель. Бронированные кабели имеют отличное противостояние усилиям на изгиб. Еще одно преимущество – применение описанного типа брони позволяет поддерживать гибкость интерфейсного кабеля, увеличивая сроки его эксплуатации.

В некоторых случаях бронированная оплетка покрывается полиэтиленовой. Такой вариант приемлем для использования в шахтах, подвалах, других помещениях с высоким уровнем влажности и низким уровнем взрыво- и пожароопасности. Если же участок имеет высокую степень взрыво- и пожароопасности, то применяют покрытие из ПВХ оплетки.

Кроме защитного покрытия из оцинкованной проволоки, применяется и гофрированная металлическая оболочка, обозначаемая буквой «Б». Рекомендации к применению различных типов интерфейсных кабелей исходя из условий и целей использования такие же, как и в случае проволочной оболочки, о которой мы писали выше. Для изоляции внутренней и внешней оплетки от металлической оболочки применяют гидрофобные герметики, не допускающие проникновение влаги.

Данные виды интерфейсных кабелей могут применяться и в местах с высокой вероятностью передавливания кабеля. Не стоит забывать, что для соблюдения безопасности в местах с высокой степенью пожаро- и взрывоопасности, применяют кабель интерфейсный огнестойкий КИПвЭВБВ, КИПвЭВБВм, КИПЭВБВм и КИПЭВБВ, а в местах с высоким уровнем влажности применяют кабели КИПвЭПБП и КИПЭПБП.

Для прокладки кабельной трассы в любых грунтах применяются интерфейсные кабели с оплеткой из полиэтилена, поскольку в почве всегда влажная среда. Там же, где есть риск возникновения пожара или взрывов, применяют кабель интерфейсный огнестойкий с ПВХ оплеткой.

Использование наружной или скрытой бронированной оплетки (проволочной или гофрированной) решает еще и проблему с защитой от помех на линии. Это обусловлено тем, что металлическая оплетка снижает влияние наружного электромагнитного поля на сотни децибел в частотном диапазоне от 100 кГц и выше. А наличие в этих видах интерфейсного кабеля дополнительного экранирования в виде слоя фольги и оплетки делает их максимально защищенными от электромагнитных помех. Для прокладки АСКУЭ на предприятиях с большим количеством беспроводных передатчиков ФГУП РТРС рекомендует кабели именно с ленточной металлической оплеткой.

Количество проводниковых пар может колебаться от одной до четырех. В зависимости от типа связи может применяться одна или полуторная (с заземлением) пара в полудуплексных системах или две – четыре пары в дуплексных системах. Четыре пары проводников используются следующим образом:

• первая пара – для передачи сигнала;
• вторая пара – для приема;
• третья и четвертая пары – для контроля и подтверждения.

Маркировка интерфейсных кабелей, кроме всего прочего, может сообщить о количестве пар и диаметре применяемых проводников. Для наглядности можно привести такую формулу-шаблон.

Маркировка: Nх2хd «говорит» нам о количестве пар проводников (N) и о диаметре проводников, указываемом в мм (d). Пример маркировки: кабель КИПЭП 1х2х0,6; КИПвЭВБВм 4х2х0,78.

Симметричный интерфейсный кабель: плюсы и минусы

Сравнительный анализ использования симметричных интерфейсных кабелей в разных сферах:

1. Кабели контрольного типа с оплеткой из ПВХ малоэффективны в стандарте RS485 из-за полного несоответствия характеристик волнового сопротивления, больших показателей коэффициента затухания и электроемкости проводниковых пар. Аргумент для их применения в стандарте RS485 (на невысоких скоростях трансляции данных) – это физические параметры проводников, достигающих значения 16AAWG. Важно лишь значение сопротивления, зависящее от диаметра самого проводника. Эти кабели имеют исключительно ПВХ оплетку и низкий уровень экранирования.
2. Телефонные кабели имеют малые проводниковые сечения и высокие показатели затухания сигнала, если сравнивать с кабелями КИП-серии. Электроемкость электронных кабелей обладает конкурентным значением. Из плюсов этих кабелей стоит отметить показатель волнового сопротивления: 120 Ом с частотой от 1 МГц и выше, что полностью соответствует стандарту интерфейсных кабелей RS485. Есть разновидности телефонных кабелей и с вариантом экранирования (такая конструкция широко применяется в контрольных кабелях). Правда, это оказывает влияние на коэффициент затухания, который значительно повышается по мере приближения одной пары к другой и в результате реакции самого экрана.
3. Также можно использовать и LAN-кабели с экранированием. Их преимущество в полной сопоставимости с КИП-серией по параметрам коэффициента затухания, физическим свойствам проводников, невысокой стоимости и широкой распространенности. Их существенный минус в том, что применяемые проводники зачастую нелуженые и волновое сопротивление не дотягивает до стандартных 100 Ом, при завышенных показателях электроемкости.

В описанных выше типах интерфейсных кабелей нет элементов, способствующих повышению прочности сердечника, что влияет на такие показатели, как прочность на разрыв, коэффициент затухания и электрическая стабильность в условиях внешних воздействий на кабель. А для промышленных предприятий эти критерии имеют иногда решающее значение.

Даже беглый анализ показывает преимущество интерфейсных кабелей ЦПС-систем (интерфейс RS485) в сравнении с аналогами симметричных кабелей. Среди таких преимуществ можно отметить:

• применение на больших протяженностях;
• большую скорость передачи данных;
• высокие показатели защиты и надежности передаваемого сигнала в магистралях автоматизации на промышленных предприятиях;
• возможность использования в любых климатических условиях.

Интерфейсный кабель в стандарте Profibus DP

Стандарт Profibus DP для интерфейсных кабелей типа «А» (по параметрам из таблицы 1) послужил основой для разработки целой серии кабелей, используя ТУ 16.К99-012-2003. Такие кабели выпускаются в двух вариантах: гибкие и традиционные. Их основное отличие в конструкции проводников.

Таблица 1.

В традиционном исполнении, интерфейсный кабель имеет одну пару закрученных медных проводников, состоящих из одной проволоки диаметром 0,64 мм. Гибкое исполнение предполагает использование луженых многопроволочных проводников из меди диаметром 0,78 мм, изолированных пористым полиэтиленом. Проводники разделены продольно расположенными фибрилированными нитями из полипропилена, облаченные в экран из алюмолавсана и медной проволочной оплетки из меди плотностью, равной 65 %. При необходимости, алюмолавсановую ленту с медной оплеткой разделяют дренажным проводником. На проводник накладывают оплетку из светостабилизированного полиэтилена, ПВХ-пластика или ПУ (при использовании интерфейсного кабеля в химически-агрессивной среде или в условиях постоянных вибраций). Кабели имеют следующую маркировку: КПпЭП 1×2×0,64; КПпЭВ 1×2×0,64; КПпЭУ 1×2×0,64; КГПпЭП 1×2×0,78; КГПпЭВ 1×2×0,78 и КГПпЭУ 1×2×0,78.

Эта серия интерфейсных кабелей имеет много общего с серией КИП, но есть и несколько отличий в техническом исполнении и областях использования.

Уровень волнового сопротивления рассматриваемых кабелей равен 150 Ом, что обусловлено использованием защитного смещения в схеме, согласующей нагрузки по краям шины, увеличивающей надежность сети. Используя формулу Тевенина, можно вычислить эквивалентное сопротивление в схеме смещения:

В другой, приведенной ниже схеме защитного смещения, показатель сопротивления – 150 Ом, что предполагает эксплуатацию интерфейсных кабелей с показателем волнового сопротивления в 120 Ом.

Эта схема применима к кабелям типа «В» из таблицы 1. Кабели серии КИП абсолютно соответствуют параметрам, указанным в типе «В».

Сети Profibus DP оснащаются кабелями типа «А» с первой схемой смещения, что можно объяснить значительным преимуществом над кабелями типа «В» серии RS485 по расстояниям передачи данных на скорости от 100 кбит/с и выше. Эти показатели напрямую связаны со значениями коэффициента затухания и электроемкости, которые у Profibus DP в 1,5 раза ниже, по сравнению с RS485 (см. таблицу 2).

Таблица 2.

Интерфейсный кабель по Profibus PA Foundation Fieldbus

Стандарт МЭК611582 (для зон с повышенной взрывоопасностью) определяет физический уровень данных ЦПС, обладающий следующей иерархией: ЦПС нижнего уровня имеет скорость в 31,25 Кбит/с, а верхнего – 1 или 2,5 Мбит/с.

Таблица 3.

В нижнем уровне при низкой скорости трансляции рекомендуется использование двух разновидностей интерфейсных кабелей (см. таблицу 3). В стандарте МЭК6007927 описан расчет пожаробезопасной цепи FISCO (концепция безопасной внутренней полевой шины), имеющей определенные ограничивающие параметры для электрических цепей (см. таблицу 4).

Таблица 4.

Стандартизация кабелей по МЭК611582 имеет более строгие параметры по сравнению со стандартами FISCO. Показатели индуктивности и емкости пар проводников по заданным размерам для кабелей типа «А» и «В» характерны для уровня волнового сопротивления в 100 Ом на невысоких частотах. Общая протяженность интерфейсного кабеля в нижнем уровне рассматриваемых ЦПС не может быть более чем 1,9 км.

Согласно ТУ 16.К99-012-2003 производятся интерфейсные кабели в полном соответствии со стандартом МЭК611582 для «А» и «В» типов кабелей. По структуре данные кабели состоят из одной пары многопроволочных проводников (из луженой меди) диаметром 1,2 мм в типе «А» и 0,78 мм в типе «В». Они имеют оплетку из полиэтилена с экранированием из алюмолавсановой ленты и подложкой в виде дренажного медного проводника, покрытого светостабилизированным полиэтиленом, ПВХ-пластиком или термопластичным ПУ. С данными параметрами выпускаются следующие интерфейсные кабели: КГПЭфП 1x2x1,2; КГПЭфВ 1x2x1,2; КГПЭфУ 1x2x1,2; КГПЭфП 1x.2x.0,78; КГПЭфВ 1x.2x.0,78 и КГПЭфУ 1x.2x0,78.

Если рассмотреть верхний уровень ЦПС, то там применяются высокоскоростные сети Ethernet, где важна стабильность скорости передачи на больших протяженностях. По конструктивным характеристикам, разработанный кабель похож на гибкий кабель «А» типа, применяемого в магистралях Profibus DP. Единственное отличие – отсутствие дополнительного экрана из медной оплетки. С данными параметрами выпускаются следующие интерфейсные кабели: КГПпЭфП 1x2x0,78; КГПпЭфВ 1x2x0,78 и КГПпЭфУ 1x2x0,78.

Преимуществом данных интерфейсных кабелей является малый коэффициент затухания при частоте от 1 до 100 МГц. Это позволяет применять указанные кабели в высокоскоростных сетях с большой протяженностью магистрали.

Интерфейсные кабели российских производителей изготавливаются с учетом климата и особенностей эксплуатации. Это гарантирует полное соответствие запросам потребителей со всех регионов России.