Mesures en cas de câbles longs

Sujet :

• Quelle est la longueur maximale possible d'un câble ?
• Quels sont les éléments à prendre en compte en cas de câbles "longs" ?

Situation :

Les câbles standards utilisés par les moteurs et les capteurs ont souvent une longueur comprise entre 30 cm et 3 m. Parfois, cette longueur n'est pas suffisante, en particulier lorsque les contrôleurs sont installés dans l'armoire d'une machine qui peut se trouver à plusieurs mètres de distance, voire dans une autre pièce.

Solution :

Longueur maximale des câbles du codeur ou du capteur de hall ?

Il n'y a pas de réponse générale concernant la longueur maximale des câbles. Une longueur de câble allant jusqu'à 10m peut être utilisée sans problème si certaines mesures spéciales sont prises. Des câbles allant jusqu'à 100m ont même été utilisés avec succès si tout est installé de manière parfaite et si la chute de tension des lignes d'alimentation et du moteur est maintenue à un niveau bas grâce à des sections de fils suffisantes. L'efficacité de toutes les mesures doit être vérifiée lors de la mise en service initiale.

Mesures spéciales à envisager en cas de grandes longueurs de câble

Très souvent, la première pensée spontanée est que la chute de tension du signal sur les longs câbles pourrait être le point critique et la cause première des problèmes. En fait, ce n'est souvent pas le cas, car les signaux des capteurs numériques (par exemple des capteurs à effet Hall ou des encodeurs) doivent généralement respecter la spécification TTL, qui accepte un signal logique "High" à un niveau de tension supérieur à 2,1 V. Le niveau de signal requis est spécifié dans la norme EN ISO 9001:2000, dans laquelle il est précisé que le niveau de signal doit être supérieur à 2,1 V. Le niveau de signal requis est spécifié dans le document "Hardware Reference" des contrôleurs maxon dans les chapitres concernant les entrées des codeurs et des capteurs Hall.

1.) Tension d'alimentation du codeur / capteur
Les codeurs ont typiquement une tolérance étroite en ce qui concerne la tension d'alimentation. Dans le cas d'une spécification de 5V +/-5%, cela signifie qu'au moins 4,75V doivent être présents à l'entrée de la tension d'alimentation du codeur pour assurer son bon fonctionnement. La chute de tension de l'alimentation par un long câble peut alors être le facteur critique. Si la tension d'alimentation n'est pas suffisante, les signaux du capteur seront erronés ou parfois inexistants. La cause première d'une information de position erronée n'est peut-être pas la qualité du signal, mais une tension d'alimentation trop faible qui empêche les codeurs de générer sporadiquement le flux d'impulsions consécutif au cours d'un mouvement.

L'un des principaux points importants et l'une des conditions préalables à un fonctionnement fiable des capteurs numériques (par exemple, les codeurs) est un niveau de tension d'alimentation adéquat directement au niveau du connecteur du capteur (et pas seulement au niveau du contrôleur). La tension d'alimentation effectivement présente doit être vérifiée à l'aide d'un multimètre ou d'un oscilloscope au niveau du capteur pendant son fonctionnement.

La chute de tension et l'influence de charges d'alimentation élevées ou changeantes peuvent être améliorées en utilisant des fils plus épais à l'intérieur du câble. En fait, ces fils plus épais ne sont nécessaires que pour la tension d'alimentation et le fil GND. La chute de tension des fils du signal du capteur numérique n'est pas si critique (comme indiqué ci-dessus).

L'inconvénient des fils généralement plus épais est qu'ils rendent les câbles moins flexibles, plus lourds et plus chers. Les câbles avec des fils de différentes sections sont des modèles très spéciaux et encore plus coûteux. Il existe une solution simple pour remédier à ces inconvénients :

• Utiliser plus d'un fil pour l'alimentation et la masse (GND)
  
  • Utilisez une rallonge de câble avec plus de fils que nécessaire, par exemple un câble avec 10 ou 12 fils au lieu des 8 fils typiques d'un codeur.
  • Utilisez 2 ou 3 fils pour l'alimentation et le GND.

Ces câbles avec un plus grand nombre de fils sont toujours standards, plus économiques, ont une meilleure propriété de flexion et sont plus flexibles que les câbles avec des fils plus épais.

2.) Type de signaux du codeur
Il est généralement recommandé (indépendamment de la longueur du câble) d'utiliser des codeurs avec des signaux différentiels (A, A\, B, B\) uniquement. Cela améliore l'immunité au bruit et réduit les effets des interférences entre les lignes d'alimentation du moteur et les lignes de signal du capteur, qui peuvent entraîner de mauvais résultats de contrôle, des messages d'erreur et un positionnement erroné. L'exigence obligatoire en cas de câbles longs est...

• N'utilisez que des codeurs avec des signaux différentiels (A, A\, B, B\)

Les capteurs à effet Hall n'offrent souvent pas de signaux différentiels, mais ils ne sont pas aussi critiques en ce qui concerne l'effet d'une seule impulsion erronée. Quoi qu'il en soit, le risque de bruit du signal et les effets négatifs en cas de défaillance des signaux du capteur à effet Hall doivent également être évalués et, en fonction de cela, d'autres mesures mentionnées peuvent également être prises en compte. S'il y a un risque de dysfonctionnement ou d'erreur de la part du contrôleur en raison de signaux de capteurs de hall perturbés, pensez à utiliser des câbles blindés pour les capteurs de hall ou installez un pilote de ligne à proximité du moteur et un récepteur de ligne à proximité du contrôleur pour les lignes de signaux des capteurs de hall.

3.) Interfaces de terrain
S'il est nécessaire d'utiliser des lignes de communication de bus étendues (> 3 m) entre le contrôleur et le système maître (par exemple, PLC ou PC), il est préférable d'éviter l'utilisation de l'USB. L'USB est l'interface la plus critique en cas de défaillance ou d'interruption de la communication en cas d'EMI. L'USB n'est pas conçu pour des longueurs de câble importantes, en particulier dans un environnement industriel difficile. L'interface RS232 est moins critique que l'interface USB, mais il est clairement recommandé d'utiliser l'une des interfaces de bus de réseau industriel :

• Utiliser l'interface CAN ou EtherCAT pour la communication
  en cas de câbles d'interface longs ou d'environnement industriel difficile (par exemple, à l'intérieur d'une machine).
  
  • Veillez à ce que la topologie et la terminaison du bus soient correctes dans le cas de CAN
    et adapter le débit binaire CAN maximal utilisé en fonction de la longueur totale du bus.

• N'utilisez que des câbles de réseau CAN ou EtherCAT approuvés pour un usage industriel.

4.) Réduire l'influence des interférences électromagnétiques
Le risque de perturbations électromagnétiques causées par des charges inductives est fortement accru dans le cas de longues lignes de signaux. Très souvent, il n'est même pas évident de savoir où tous les câbles sont placés à l'intérieur des conduits de câbles et des machines. L'utilisation de câbles d'alimentation blindés pour toutes les charges inductives telles que les moteurs, les relais, les contacteurs de réseau, les pompes, les ventilateurs, mais aussi les démarreurs de tubes au néon (pour n'en citer que quelques-uns) est donc obligatoire.

• Ne mélangez pas les lignes d'alimentation des signaux et des moteurs dans un même câble
  Utilisez un câble commun pour les capteurs à effet Hall et un câble séparé pour les enroulements du moteur.
• Essayez d'éviter les longs câbles plats
  Les câbles plats sont plus critiques en ce qui concerne les interférences électromagnétiques et offrent moins de possibilités de blindage.
• Utilisez des câbles blindés pour les lignes d'alimentation et de moteur
  Blinder particulièrement les câbles d'alimentation et de moteur, car ils sont souvent la cause première des interférences électromagnétiques.
• Fixez le blindage à la terre à l'aide de pinces de mise à la terre aux deux extrémités du long câble
  Le simple fait que le blindage ait un contact étendu avec la terre peut décharger les interférences électromagnétiques.
  
  
• Essayez de séparer les câbles de moteur et les câbles de signaux ou de capteurs
  Ne superposez pas les câbles d'alimentation et de capteur (si possible).
  
  

Si vous respectez toutes ces mesures et que vous vérifiez la qualité du signal lors de la mise en service initiale, les inconvénients et les risques liés aux câbles longs peuvent être gérés.

Liens vers d'autres documents :

• Comment relier le blindage d'un câble au potentiel de la terre ?
• Prévenir les défauts grâce à des concepts de mise à la terre corrects

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