หน้าแรก Networking & Wireless Fiber Optic บทความน่ารู้ : เจาะลึกเกี่ยวกับสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตที่ใช้ในงานอุตสาหกรรม

บทความน่ารู้ : เจาะลึกเกี่ยวกับสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตที่ใช้ในงานอุตสาหกรรม

แบ่งปัน


Fluke Networks ได้เขียนบล็อกเกี่ยวกับหัวต่ออีเธอร์เน็ตสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายแบบ ไม่ว่าจะเป็น M-Series และหัวต่อแบบ Small Form Factor แบบใหม่อย่าง iX ไปจนถึงหัวต่ออีเธอร์เน็ตแบบ Single-Pair ที่กำลังนิยมกันอยู่ด้วย แต่แค่หัวต่อที่ออกแบบมาสำหรับทนต่อสภาพแวดล้อมในโรงงานเพียงอย่างเดียวคงไม่พอ ต้องใช้สายเคเบิลที่ให้การปกป้องในระดับเดียวกันด้วย

จริงๆ แล้วสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมไม่ได้แตกต่างจากสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตแบบทั่วไปที่คนส่วนใหญ่ใช้กันอยู่ในแง่ของความสามารถในการส่งข้อมูล โดยสามารถพิจารณาได้เหมือนกับสายแลนระดับองค์กร ที่มาตรฐานสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรมที่ใช้กันแพร่หลายมากที่สุดก็เป็นกลุ่ม Category 5e, Category 6, และ Category 6A เช่นเดียวกัน

นอกจากนี้ยังมีการนำสายใยแก้วนำแสงมาใช้ในระบบอีเธอร์เน็ตสำหรับอุตสาหกรรมด้วย แม้จะไม่ได้เป็นที่นิยมมากเท่าไรเนื่องจากพื้นที่ของโรงงานมีระยะค่อนข้างใกล้ และใช้ความเร็วไม่ค่อยถึงระดับ 10 Gb/s อย่างไรก็ตาม สายไฟเบอร์ก็ยังเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับระยะทางไกล หรือต้องการสายเคเบิลที่ยืดหยุ่น น้ำหนักเบา ขนาดเล็กกว่าแต่ทนทานต่อสัญญาณไฟฟ้ารบกวนและอันตรายเกี่ยวกับไฟฟ้าช็อต นี่จึงเป็นสาเหตุที่ว่า เรามักพยายามหันมาใช้สายไฟเบอร์ในสภาพแวดล้อมแบบอุตสาหกรรมจำพวกรถไฟ การขนส่ง น้ำมันและแก๊ส การทหาร และเหมืองแร่มากขึ้น

ขณะที่ประสิทธิภาพการส่งสัญญาณนั้นเหมือนกัน แต่สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตระดับอุตสาหกรรมก็มีความทนทานเหนือกว่ามาก โดยเฉพาะกับสภาพแวดล้อมที่โหดร้ายจากหลายตัวแปร ทั้งอุณหภูมิ ความชื้น การกัดกร่อนจากสารเคมี แรงสั่นสะเทือน การบีบอัดโค้งงอ และด้านการรบกวนสัญญาณ ดังนั้นเรามาดูกันว่าสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรมมีจุดไหนบ้างที่แตกต่างจากสายเคเบิลสำหรับใช้งานทั่วไป

การหุ้มฉนวนป้องกันสัญญาณรบกวน

เช่นเดียวกับสภาพแวดล้อมการทำงานเชิงพาณิชย์ทั่วไป ที่พื้นที่ที่มีสัญญาณรบกวนสูงในโรงงานก็จะใช้สายเคเบิลแบบหุ้มฉนวนเพิ่มเติม โดยเฉพาะจุดที่เดินสายใกล้กับเครื่องเชื่อมโลหะ รีเลย์สวิตช์ หม้อแปลงไฟฟ้า และแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนอื่น และในพื้นที่ที่สัญญาณรบกวนเข้มข้นสูงมากก็อาจต้องใช้มาตรฐานที่สูงกว่าฉนวนแบบ Overall (F/UTP) โดยอาจจะต้องหุ้มฉนวนทั้งแบบ Individual และ Overall (S/FTP)

โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมแบบอุตสาหกรรมที่โหดร้ายกว่าปกตินั้น เราจะใช้มาตรฐานที่เรียกว่า MICE โดยที่ M มาจาก Mechanical (การบีบอัดโค้งงอ การสั่นสะเทือน) I มาจาก Ingress (ความชื้น) C ย่อมาจาก Climate (อุณหภูมิ) และ E มาจาก Electromagnetic (สัญญาณรบกวน) ซึ่งตัว “E” ใน MICE นี้จะเป็นค่าจากการวัดสัญญาณรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

เครื่องมือทดสอบในกลุ่ม Fluke CableAnalyzer นั้นสามารถทดสอบค่า “E” ตามมาตรฐาน MICE โดยวัดเป็นแต่ละระดับได้แก่ E1 หมายถึงสภาพแวดล้อมในห้องดาต้าเซ็นเตอร์หรือในออฟฟิศ ส่วน E3 หมายถึงพื้นที่ที่อยู่ใกล้แหล่งกำเนิดคลื่นรบกวน EMI ความเข้มข้นสู่ โดยที่ E2 หมายถึงสายเคเบิลที่ลากระหว่างพื้นที่ E1 และ E3 ซึ่งการทดสอบเหล่านี้จะดูถึงสมดุลของพารามิเตอร์อย่างค่า Transverse Conversion Loss (TCL) และ Equal Level Transverse Conversion Transfer Loss (TCTL) ที่ระบุอยู่ในมาตรฐาน MICE (ศึกษาเพิ่มเติมได้จากบล็อกเกี่ยวกับเรื่อง TCL และ ETCL ของเรา) ยิ่งมีค่า E สูงขึ้น ข้อกำหนดด้านสมดุลค่า TCL และ ETCTL ก็ยิ่งเข้มงวดขึ้นเพื่อป้องกัน EMI ที่เข้ามาสร้างความเสียหายกับแพ๊กเก็ตข้อมูล ลองดูวิดีโอของทีมงานเรา คุณ Jim Davis ที่ทดสอบค่า “E” ใน M.IC.E เพื่อให้เข้าใจมากยิ่งขึ้น

ข้อกำหนดเกี่ยวกับฉนวน

จุดที่สร้างความแตกต่างให้แก่สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรมก็คือ เรื่องของการทนต่ออุณหภูมิและวัสดุที่ใช้ทำฉนวน โดยฉนวนแบบ Polyvinyl Chloride (PVC) ที่นิยมใช้กับสายเคเบิลเชิงพาณิชย์ทั่วไปนั้น มักถูกนำมาใช้ในสภาพแวดล้อมแบบอุตสาหกรรมอย่างง่ายเนื่องจากความคุ้มค่าด้านราคา และทนทานต่อน้ำมัน แต่ก็มีหลายกรณีที่ต้องการสายเคเบิลอุตสาหกรรมที่ทนทานกว่า ตัวอย่างเช่น ฉนวนแบบที่ทำจาก Fluorinated Ethylene Polypropylene (FEP) และ Thermoplastic Elastomer (TPE) สามารถทนต่ออุณหภูมิที่โหดร้ายได้ตั้งแต่ -50 ถึง 125 องศาเซลเซียส เมื่อเทียบกับช่วงอุณหภูมิแค่ 0 – 75 องศาเซลเซียสในกรณีของ PVC นอกจากนี้สายแบบ TPE ยังมีความยืดหยุ่นมากกว่า ทนทานมากกว่าโดยเฉพาะกับแสงอาทิตย์ โอโซน น้ำทะเลที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และน้ำมันที่มีปริมาณมาก จึงมักถูกนำมาใช้กับอุตสาหกรรมกลางแจ้ง และอุตสาหกรรมทางทะเล

หนึ่งในประเภทวัสดุที่ทำฉนวนที่พบบ่อยสำหรับสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรมคือโพลียูริเทน (PUR) แม้วัสดุนี้จะไม่ได้มีช่วงทนทานต่ออุณหภูมิที่กว้างเหมือน FEP หรือ TPE แต่ตัว PUR นั้นคงทนต่อแรงดึงแรงกระแทก และเสถียรแม้สัมผัสกับสารเคมี ยืนหยุ่นและทนต่อการเสียดสี จึงมีความทนทานต่อแรงเชิงกล ยากที่จะโดนตัดหรือฉีกขาด ถือเป็นฉนวนที่เหมาะมากสำหรับโรงงานที่เต็มไปด้วยเครื่องจักรหรือเครื่องปั้ม เป็นต้น

อีกหนึ่งรูปแบบวัสดุหุ้มฉนวนที่พบในกลุ่มสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตสำหรับอุตสาหกรรมได้แก่ โพลียูรีเทนแบบเทอร์โมพลาสติก (TPU หรือ TMPU) และโพลียูริเทนแบบ Chlorinated (CPE) เรียกได้ว่าชนิดวัสดุของฉนวนนั้นย่อมสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมและการประยุกต์ใช้ (และอาจพิจารณาจากปัจจัยด้านต้นทุนบ้าง) ทั้งนี้ถือว่ามาตรฐาน M.I.C.E. นั้น (โดยเฉพาะในแง่ของ C) ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการเลือกวัสดุทำฉนวนที่เหมาะสม

ความจำเป็นในการบิดและโค้งงอ

เหมือนกับเวลาเลือกสายเคเบิลบิดเกลียวคู่เชิงพาณิชย์ทั่วไป สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรมก็มีทั้งแบบสายทองแดงเดี่ยว (Solid) และแบบที่บิดเกลียวย่อยเหมือนเชือก (Strand) (สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จากบล็อกเรื่องความแตกต่างของสายทองแดงนี้ถ้าท่านยังไม่ทราบความแตกต่าง) ด้วยเหตุผลที่เรามักเลือกสายแบบบิดเกลียวสำหรับเชื่อมต่อกับหัวต่อในสภาพแวดล้อมการใช้งานเชิงพาณิชย์ทั่วไปเนื่องจากให้ความยืดหยุ่นของสายมากกว่านั้น ก็เป็นเหตุผลในทำนองเดียวกันสำหรับอีเธอร์เน็ตในอุตสาหกรรมที่เรามักเลือกสายแบบบิดเกลียวเพื่อให้ได้ความยืดหยุ่นของสายมากกว่าด้วย จุดที่แตกต่างของการนำมาใช้งานก็คือการไม่ได้จำกัดใช้แบบ Stranded แต่เฉพาะบริเวณการเชื่อมต่อ Patch Cord เนื่องจากมีหลายพื้นที่ในสภาพแวดล้อมแบบอุตสาหกรรมที่สายเคเบิลมักเจอกับการโค้งงอ ดึงรั้ง หรือบิดไปมาอยู่บ่อยครั้ง (นึกถึงในโรงงานที่ใช้หุ่นยนต์ หรือเครื่องจักรที่มีการเคลื่อนไหวซ้ำๆ โยกไปมา)

สำหรับสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตแบบ Stranded นั้นโดยทั่วไปมักมีเส้นทองแดงย่อยแบบ 32 AWG อยู่ 7 เส้นต่อหนึ่งสายตัวนำ แต่สายเคเบิลแบบความยืดหยุ่นสูงที่ใช้สำหรับโรงงานอุตสาหกรรมนั้นจะใช้จำนวนเส้นทองแดงย่อยมากกว่าถึง 19 เส้นต่อสายตัวนำ นอกจากนี้ยังมีสายเคเบิลรุ่นยืดหยุ่นสูงพิเศษขึ้นไปอีกที่อาจใช้ลวดทองแดงมากถึง 60 เส้นบิดเกลียวต่อหนึ่งสายตัวนำย่อยด้วย แน่นอนว่ายิ่งใช้จำนวนลวดย่อยมากเท่าใด ลวดย่อยแต่ละเส้นก็จำเป็นต้องมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลงไปด้วย (มักอยู่ในระดับ 40 AWG) เพื่อให้ขนาดรวมของทั้งสายแลนยังใหญ่ประมาณเดียวกัน ถ้าวัดกันที่จำนวนครั้งการรองรับการบิดสายแล้ว สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตแบบ Stranded โดยทั่วไปมักรองรับได้ประมาณ 50,000 รอบ ขณะที่แบบยืดหยุ่นสูงสามารถทำได้มากถึง 1 ถึง 10 ล้านรอบเลยทีเดียว สายแบบยืดหยุ่นสูงนี้ยังใช้ร่วมกับวัสดุฉนวนหุ้มสายที่ยืดหยุ่นมากกว่าปกติอย่างเช่น TPE ด้วย

แต่ก็มีข้อเสียเหมือนกับสายแบบบิดเกลียวย่อยที่ใช้กับสายเชื่อมต่อสั้นบริเวณจุดเชื่อมต่อในเชิงพาณิชย์ทั่วไป ที่สายแลนเชิงอุตสาหกรรมแบบ Stranded ก็มักเกิดความสูญเสียของสัญญาณ (Insertion Loss) และค่าความต้านทานไฟฟ้า DC ที่สูงกว่า โชคดีที่สายเคเบิลแบบ High Flex ที่นำมาใช้กับระบบอีเธอร์เน็ตเชิงอุตสาหกรรมส่วนใหญ่มักมีระยะทางสั้น (มักไม่ยาวไปกว่า 3 เมตร) ทำให้ค่าการสูญเสียสัญญาณที่แลกมาไม่ใช่ปัญหาสำคัญ

เวลาที่ทดสอบระบบสายแลนในโรงงานนั้น คุณไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับประเภทของสายมากเท่ากับเรื่องของอินเทอร์เฟซหัวต่อเวลาตรวจสอบว่าเครื่องมือทดสอบสามารถเชื่อมต่อได้หรือไม่ แต่แน่นอนว่าประสิทธิภาพโดยรวมของสายเคเบิลโดยรวมย่อมส่งผลต่อผลการทดสอบที่ได้ด้วย

ที่มา: https://www.flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/closer-look-industrial-ethernet-cables