産業データ用の同軸ケーブルとシールド付きツイストペアの比較

産業用ネットワーキング / ケーブル配線インフラストラクチャ

同軸ケーブルとシールド付きツイストペアの比較

工場現場で距離、干渉、帯域幅のすべてが優先順位をめぐって競合する場合に、各ケーブル配線テクノロジーがどのように機能するかを詳しく見てみましょう。

直接的な答え

産業用データ伝送では、 信号が電磁干渉 (EMI) に満ちた環境を介して長距離を伝送する必要がある場合は、一般に同軸ケーブルがより良い選択肢となります。 重機、溶接装置、可変周波数ドライブのある工場フロアなど。対照的に、シールド付きツイストペア (STP) ケーブルは、通常、距離やシールド強度よりも柔軟性、低コスト、標準イーサネット機器との統合が重要な、より短い構造のケーブル配線に好まれます。どちらのケーブルタイプが一般的に優れているというわけではありません。正しい選択は、距離、干渉レベル、必要なデータレート、および接続された機器のネイティブインターフェイスによって異なります。

同軸ケーブルとは何ですか?

2 つのケーブルタイプを比較する前に、次の基本的な質問に答えることが役立ちます。とは何ですか 同軸ケーブル ?同軸ケーブルは、中央の銅または銅被覆導体、誘電絶縁体、編組または箔金属シールド、および外側の保護ジャケットの 4 つの同心層で構成されるシールド伝送線です。この同心 (「同軸」) 設計は、シールドが全長に沿って内部導体を完全に囲むことを意味し、ケーブルに外部電磁ノイズに対する強力な耐性を与え、信号漏洩を最小限に抑えます。

同軸ケーブル

シールドと導体は同じ中心軸を共有しているため、信号によって生成される電磁界の大部分はケーブル自体の中に含まれます。この構造特性により、同軸ケーブルはテレビ放送から産業用センサーネットワークに至るまでの用途において非常に効果的になります。すでにご存知の方も多いと思いますが、 テレビアンテナ用同軸ケーブル これは、産業技術者がより大規模に信頼している同じシールド原理の国内例です。

同軸ケーブルは産業環境で何に使用されますか?

それで 同軸ケーブルとは何ですか 実際に工場現場でやっているのか？産業環境では、同軸ケーブルは一般的に次の用途に使用されます。

閉回路テレビ (CCTV) およびマシンビジョンカメラのフィード
無線モニタリングシステム用の RF ベースのセンサーとアンテナ接続
電気ノイズの多いプラントにおける SCADA およびプロセス制御信号バックボーン
工場全体のビデオおよびデータネットワークのブロードバンド配信
制御室とリモート機器間の長距離アナログ計装リンク

これらのユースケースには共通点があります。つまり、信号は通常のイーサネットの通信よりも遠くまで伝わる必要があるか、干渉によってデータが破損する可能性がある重電機器の近くを通過する必要があります。同軸ケーブルの連続シールドは、標準のネットワークケーブルで使用されるツイストペアジオメトリよりもはるかに一貫してこれに対応します。

シールド付きツイストペア: 構造化ネットワークの代替手段

Cat6a や Cat7 などのカテゴリで一般的に見られるシールド付きツイストペアケーブルは、2 本の絶縁導体を撚り合わせて使用し、追加のフォイルまたは編組シールドを各ペアまたはケーブル全体に巻き付けます。ツイストは差動信号と呼ばれる原理を通じて電磁干渉の多くを打ち消し、シールドはノイズ除去層をさらに追加します。

STP は、バランや信号コンバータを必要とせずに、標準のネットワークハードウェア (スイッチ、産業用 PLC、PoE 対応デバイス) に直接接続できるため、構造化産業用イーサネットネットワークの有力な選択肢です。

また、一般に、太い同軸ケーブルよりも柔軟性が高く、ケーブルトレイや電線管の曲がりを通すのが簡単です。これは、密に梱包された制御キャビネットでは重要です。

同軸ケーブルの速度とシールド付きツイストペアの速度

エンジニアが抱く最も実際的な質問の 1 つは、各ケーブルの種類が実際にデータをどのくらいの速度で転送できるかということです。 同軸ケーブルの速度 ケーブルのグレードとアプリケーションによって大幅に異なります。ブロードバンドおよび CCTV アプリケーションで使用される RG-6 同軸ケーブルは、通常、短距離で最大約 1 Gbps のデータレートをサポートしますが、高周波計器で使用される特殊な RF 同軸ケーブルはギガヘルツ範囲まで信号を伝送できますが、これはネットワークの意味でのデータスループットではなく周波数の尺度です。

比較すると、Cat6a シールド付きツイストペアは標準化されており、 100メートルまで10Gbps 、新しい Cat8 STP ケーブルは、短い 30 メートルの配線で 25 ～ 40 Gbps に達することができるため、単一の建物または制御室内の高スループットの構造化ネットワークでは明らかに勝者となります。以下の表は、産業分野における各ケーブルタイプの一般的な性能数値をまとめたものです。

属性	同軸ケーブル	シールド付きツイストペア
一般的なデータ速度	最大1Gbps（RG-6クラス）	最大 10 ～ 40 Gbps (Cat6a ～ Cat8)
EMI耐性	非常に高い	中程度から高程度
実用的な最大ランレングス	最大500メートル（ベースバンド）	100 メートル (標準イーサネット制限)
設置の柔軟性	低い（厚く、硬い）	高い（より薄く、より曲がりやすい）
ネイティブ機器の互換性	イーサネットギアにはバランが必要です	スイッチ/PLCとの直接互換性

最大長の同軸ケーブルは信号損失なく使用可能

同軸ケーブルがシールド付きツイストペアよりも先に引っ張られる距離です。の 最大長の同軸ケーブル 通常、大きな減衰なく動作できるかどうかは、信号の種類とケーブルのグレードによって異なります。ベースバンドビデオまたは低周波計装信号の場合、RG-11 同軸ケーブルは最大約 300 ～ 500 メートルまで使用可能な信号を確実に伝送できますが、RG-6 は一般に、増幅が必要になるまでの約 150 ～ 230 メートルの短い距離に向けて定格されています。これは、標準のイーサネットクラスのツイストペアケーブルに課せられる厳格な 100 メートルの制限よりもかなり遠いです。この制限では、リピータやファイバ変換がなければ、その距離を超えると高速データの信号の完全性が失われます。

同軸ケーブルが長距離処理に優れている理由

同軸ケーブルの連続的な外部シールドは、ケーブルの長さが長くなると劣化する可能性がある平衡信号に依存するツイストペア方式よりも、信号放射と外部干渉を長いスパンにわたって一貫して制限します。制御室がリモートセンサーやカメラの筐体から数百メートル離れているプラントの場合、多くの場合、この距離の利点が決定要因となります。

情報

一般に、高干渉または長距離ビデオ信号を伝送する 100 メートルを超える配線には、STP ではなく同軸ケーブルが有力な候補となります。

産業用の最高品質の同軸ケーブルの選択

すべての同軸ケーブルが同じ規格に準拠して構築されているわけではないため、産業用の購入者は購入前にいくつかの主要な仕様を評価する必要があります。の 最高品質の同軸ケーブル 要求の厳しい環境向けには、通常、次のような機能があります。

安定した導電性を実現する固体銅または銅被覆鋼中心導体
高密度編組シールド (カバー率 95% 以上) とフォイル層を組み合わせた二重シールド
ガス注入発泡ポリエチレンなどの低損失誘電体
設置環境向けに評価された、頑丈で耐紫外線性および耐薬品性の外側ジャケット
一貫したインピーダンス定格 (通常、データ/RF の場合は 50 オーム、ビデオの場合は 75 オーム)

警告

シールド密度や導体の純度を手抜きすると、特にモーター、変圧器、高電圧スイッチング機器の近くでは、診断が困難な断続的なデータエラーとして後で現れることがよくあります。

シールド付きツイストペアよりも同軸ケーブルを選択する場合

実際には、プラントエンジニアは、次のいずれかに該当する場合に同軸ケーブルを好む傾向があります。

走行距離が 100 メートルを超えるため、中継器やファイバー変換は望ましくない
モーター、ドライブ、または溶接装置からの深刻な EMI がある環境
アプリケーションは、パケットベースのイーサネットではなく、アナログビデオ、RF、またはレガシー計測器です
設置の柔軟性よりも長期的な信号の安定性が重要です

成功

シールド付きツイストペアは、構造化された産業用イーサネットバックボーン、PLC ネットワーク、およびスイッチ、ルータ、またはパワーオーバーイーサネットデバイスとのネイティブ互換性を必要とするあらゆるアプリケーション、特にランレングスが 100 メートル未満に快適に収まるアプリケーションに引き続き最適です。

危険

高干渉環境で 100 メートルの定格距離をはるかに超えて STP を実行すると、クリーンな障害ではなく、サイレントデータ破損のリスクが生じます。パケットがドロップされている間、接続がアクティブに見える可能性があります。

実践的なポイント

同軸ケーブルとシールド付きツイストペアは、異なる作業に適したツールというよりも、互いに競合する代替品ではありません。ちょうど同じように テレビアンテナ用同軸ケーブル セットアップは民生用放送信号に対するテクノロジーの信頼性を証明しており、産業用グレードの同軸ケーブルは、同じシールドの利点を、距離と耐干渉性が生の帯域幅を上回る要求の厳しい工場環境にも拡張します。一方、シールド付きツイストペアは、依然として最新の構造化イーサネットネットワークの実用的なバックボーンであり、より高いスループットを提供し、標準長の配線内での統合が容易になります。

最も効果的な産業用ネットワークでは、多くの場合、長距離または高干渉のビデオおよび RF リンク用の同軸ケーブルと、ネットワーク機器間のより短い高速データ接続用のシールド付きツイストペアの両方が使用されます。ケーブルの種類を各セグメントの特定の距離、干渉プロファイル、帯域幅要件に適合させることが、信頼性の高い産業データインフラストラクチャを構築する最も確実な方法です。