Cableado estructurado industrial, Apuntes de Ingenieria Eléctrica

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MONOGRAFIA SOBRE CABLEADO ESTRUCTURADO INDUSTRIAL

Introducción En la actualidad las empresas de fabricación se benefician en gran medida de las comunicaciones para la automatización, instrumentación y control por medio de redes industriales, es por eso que cuando se trata de la transmisión de señales entre los dispositivos y el sistema de control en una empresa, no deben existir errores ya que los costos indirectos por fallo en la red Ethernet de cualquier sector causan la pérdida de productividad y la perdida oportuna de despacho a los clientes. Es por eso que la inversión en una infraestructura Ethernet de calidad robusta diseñada específicamente para su uso en entornos difíciles es una decisión de negocios inteligente que puede proporcionar gran tranquilidad a los ingenieros de planta y las organizaciones a las que sirven. Las redes Ethernet industriales son cada vez más sofisticadas, estas integran constante mente nuevas tecnología para mejorar su eficiencia sin embargo, los principios básicos siguen siendo válidos y una de ellos es que es esencial utilizar el cable Ethernet industrial adecuado para lograr un rendimiento fiable. Cuando el costo del cableado se compara con los altos costos de fallo en la red, es claro que tiene buen sentido financiero seleccionar e instalar el cable adecuado para la aplicación. Es así como el cableado estructurado industrial provee una solución muy útil para los entornos industriales con condiciones ambientales difíciles como lo son la temperatura, la humedad y las vibraciones mecánicas.

OBJETIVO:

El siguiente trabajo expone algunos tipos de cables estructurados de uso industrial y sus principales características. Presenta las particularidades de la fibra óptica y sus principales beneficios, igualmente muestra las características más notables de los cables de Ethernet industriales y sus diferencias respecto a los comerciales, el trabajo se inicia exponiendo la normatividad aplicada al tema de los cables de uso industrial, finalmente en el anexo se integran las fichas técnicas de algunos de los productos ofrecidos por la empresa Siemens.

1. Normatividad Actualmente las normas empleadas para el cableado estructurado industrial independiente de las aplicaciones de cableado es el estándar son en todo el mundo. ISO / IEC 11801 y EN 50173 que definen los estándares para las características de transmisión, así como los requisitos para planificación, implementación y operación. La ISO/IEC 24702 / EN50173- 3 garantiza que las ventajas del cableado genérico también puedan ser utilizados a nivel mundial en el entorno industrial.

ISO/IEC 11801 / EN 50173-2:

■ Information engineering ■ Application-independent communication cable systems ■ Offi ce premises

ISO/IEC 24702 / EN 50173-3:

■ Information engineering ■ Application-independent communication cable systems ■ Industrial premises

ISO/IEC 15018 / EN 50 173 - 4:

■ Information engineering ■ Application-independent communication cable systems ■ Residential premises

ISO/IEC 24764 / EN 50173-5:

■ Information engineering ■ Application-independent communication cable systems ■ Data centres Tabla diferencias entre normas [1]

2. Factores ambientales que debe soportar el cableado estructurado industrial  Carga mecánica  Impacto y vibraciones  La humedad y el polvo  contaminación conductiva  fluctuaciones de temperatura  carga química  atmósferas agresivas  La radiación  Campos electromagnéticos 3. Clasificación Por El Tipo De Ambiente La Industria expone el cableado a grandes esfuerzos, la gama de condiciones ambientales se extiende desde habitaciones limpias como la producción de semiconductores a la contaminación extrema como las fábricas de químicos. A fin de lograr una clasificación significativa de la las condiciones ambientales, el concepto fue desarrollado y MICE firmemente anclado en la norma ISO / IEC 24702. MICE significa todos los efectos de la entorno en el cableado: ■ M: Mecánica ■ I: Ingreso ■ C: Climatico, Química ■ E: Electromagnética

5. Selección del cableado estructurado ¿fibra o cobre? El hecho de que la mayoría de los fallos de la red industrial se producen debido a problemas relacionados con el cableado acentúa la necesidad de saber cuál de las dos tecnologías es la más adecuada, para este fin consideraremos las siguientes variables:  Las diferencias entre el cobre y la fibra [3] Económicas [3]

6. Ventajas y Desventajas de la Fibra Óptica en comunicaciones industriales La tecnología de fibra óptica tiene una serie de beneficios para las comunicaciones industriales:  Las señales de larga distancia pueden ser enviadas a través del cable de fibra óptica por el ejemplo 9 KM sin la necesidad de amplificadores intermedios.  No fluyen corrientes por el aislamiento de tierra en los cables de fibra óptica, por lo que diferencias de potenciales de tierra entre puntos extremos no afectan a la señal la transmisión. El aislamiento de tierra es útil donde las diferencias en los potenciales de tierra son altos. Los sistemas de puesta a tierra no son necesarios para la fibra óptica.  No requiere protección contra rayos debido a que los cables de fibra óptica no conducen la electricidad, las señales no se ven afectados por un rayo.  Los cables de fibra óptica no conducen la electricidad y que pueden ser colocados en las mismas bandejas de cables para transporte de energía y señales de control.  Los cables de fibra son inmunes a ruido electromagnético de estaciones de radio, motores encendidos, mareas, soldadura, descargas electrostáticas, luces fluorescentes, máquinas de escribir, y otra interferencia de radiofrecuencia, RFI. NOTA: A pesar de que el cable de fibra óptica no es susceptible de RFI, eso no quiere decir que las comunicaciones de datos de fibra óptica son libres de errores.  Seguridad intrínseca en lugares como plantas químicas y silos de grano, donde la atmósfera a menudo es potencialmente explosiva  Los cables de fibra son de tamaño son relativamente pequeños con lo cual se facilita la instalación en bandejas llenas. Si sólo hubiera ventajas en la fibra óptica esta sería utilizada universalmente pero la Fibra óptica no se utiliza en todas partes ya que también tiene desventajas:  Es costosa el cable de fibra óptica y la electrónica en el equipo anexo a cables de fibra óptica son más caros que el basado en cables de cobre comparables, los sistemas de comunicaciones por otra parte requieren de dos cables para la transición en dos vías los conectores y los equipos necesarios para instalarlos es más costosa que la de cable de cobre.  Distribución de Señal En los sistemas de comunicaciones de cobre, muchos dispositivos pueden compartir el mismo cable y comunicarse entre sí. En la fibra óptica esto es no es práctico. Transmisiones y recepción de señales son de punto a punto. Un centro dispositivo de distribución de señal es necesario para interconectar más de dos estaciones.  Se requiere una mayor formación de técnicos que trabajen con equipos de fibra óptica.  La fibra óptica requiere de mayor cuidado es muy susceptible al mal manejo y la suciedad.

8. Tecnología de fibra óptica y Terminología Un sistema de comunicaciones de fibra óptica se compone de tres tipos de partes: el Transmisor, la fibra Medio (por cable) y el receptor. Los transmisores y receptores se encuentran dentro de los computadores, robots, controladores u otros dispositivos que necesitan para enviar o recibir datos. Estos dispositivos finales se denominan Estaciones. Las señales que se transmiten a través de un cable de fibra óptica en una solo dirección se llaman comunicación Simplex. Generalmente, La comunicación de dos vías se denomina dúplex. El transmisor se compone de un emisor de luz y la electrónica que modulan la luz para enviar información. El emisor es generalmente un diodo emisor de luz, LED. El medio es el cable de fibra óptica y los conectores asociados, empalmes. El receptor es un detector de luz que convierte las señales de luz recibidos de nuevo a señales eléctricas, el detector es un diodo detector de luz. [5]

8.1 Estructura De Conectores De Fibra Óptica [6] Los conectores de fibra óptica son tan variados como las aplicaciones para las que se desarrollaron. Diferentes tipos de conectores tienen diferentes características, diferentes ventajas y desventajas, y diferentes parámetros de rendimiento. Pero todos los conectores tienen los mismos cuatro componentes básicos.  La punta de contacto (ingles ferrule) La fibra se instala en un largo, cilindro delgado la punta de contacto, que actúan como un mecanismo de alineación de las fibras. El extremo de la fibra se encuentra en el extremo de la férula. Las punta de contacto se hacen típicamente de metal o cerámica, pero también pueden ser construidos de plástico.  El Conector El cuerpo También conocido como la carcasa del conector, el cuerpo tiene la férula. Por lo general, se construye de metal o de plástico e incluye una o más piezas ensambladas que mantienen la fibra en su lugar. Los detalles de estos varían entre los conectores  El cable El cable está unido al cuerpo del conector. Actúa como punto de entrada para la fibra.  El dispositivo de acoplamiento La mayoría de los conectores de fibra óptica no utilizan la configuración de macho-hembra común de conectores electrónicos. En lugar de ello, un dispositivo de acoplamiento tal como un manguito de alineación se utiliza para alinear los conectores.

10. Diferencias entre la robustez de un cable Ethernet industrial y uno comercial. Abrasión Descripción de la prueba: En esta prueba la temperatura ambiente, la superficie de un tambor fijo estaba cubierta con papel de lija áspero y los cables se extendía por una porción de su circunferencia entonces mueve adelante y atrás de forma cíclica, con el cable conducido en un extremo por un brazo de movimiento alternativo, mientras que un peso suspendido en el otro extremo tensión aplicada. Un contador registra el número de ciclo. [7] Cable comercial: Después de 25 ciclos, los conductores de un cable comercial Cat 5e se podían ver las roturas en la chaqueta. En otras palabras, debido a daños por abrasión de 25 ciclos en el tambor, este cable comenzó a perder integridad mecánica y eléctrica. Cable Industrial: El cable industrial Ethernet M12 blindado se puso a prueba durante los mismos 25 ciclos. Donde la integridad mecánica y eléctrica del cable nunca fue comprometida. Lo que los resultados de las pruebas dicen: Si la chaqueta de un cable de comercial se ve comprometida por la abrasión el cable podría ser capaz de comunicar, pero sin duda no será estable a largo plazo. Finalmente seria susceptible a un corto circuito.

11. Conector característico de Ethernet M La siguiente figura muestra un tipo de conector característico para cable Ethernet M [8] 12. Conclusiones: Los sistemas de cableado industrial ofrecen soluciones a los diferentes problemas del sector manufacturero y empresas con altos indicies de polución, como por ejemplo la industria química y del acero. Estos problemas incluyen fallas en la comunicación y accidentes por combustión en áreas de clasificación explosiva. Los beneficios para las empresas radican en la menor perdida de tiempos muertos de producción y reducción de costos por perdida de productos, ofreciendo así una mejor atención a sus clientes.

14. Bibliografía [1] https://books.google.com.co/books?id=xXDYdzKW1IcC&pg=PA7&lpg=PA7&dq=ISO+/+IEC+11801++EN =f, «https://books.google.com.co/books?id=xXDYdzKW1IcC&pg=PA7&lpg=PA7&dq=ISO+/+IEC+11801++E f=f,» https://books.google.com.co/books?id=xXDYdzKW1IcC&pg=PA7&lpg=PA7&dq=ISO+/+IEC+11801++EN =f. [En línea]. [2] http://portal.furukawa.com.br/arquivos/i/ind/industrial/1582_GuAiadeaplicaciAonparaambientescriticos.P [3] http://www.kdpof.com/applications/home-soho/, http://www.kdpof.com/applications/home-soho/. [En líne [4] http://www.schneider-electric.com/solutions/ww/es/med/97681382/application/pdf/1826_fibre.pdf, «http:/ [5] I. ©. 2. Relcom, «Guide to Industrial». [6] Fiberstore, «http://www.fiberstore.com/fiber-optic-connector-tutorial-aid-341.html,» [En línea]. [7] Weidmüller., «M12 connection system». [8] Belden, «Industrial Ethernet User Guide». [9] http://forums.sideimagingsoft.com/index.php?topic=2529.0, «conector de cable ethernet M12». [ ] «http://www.itwissen.info/definition/lexikon/ISO-IEC- 11801 - 11801.html,» http://www.itwissen.info/definitio