fbpx

BLOG HELUKABEL POLSKA

Wiarygodne źródło informacji o kablach i branży elektrycznej

PRZEMYSŁ 4.0 – wyzwania dla transmisji danych

14.05.2019

W ostatnim czasie wiele pisze się i mówi o czwartej rewolucji przemysłowej. Jest ona poniekąd skutkiem trzech poprzednich i aby lepiej ją zrozumieć przypomnijmy sobie na czym polegały owe rewolucje. Najpotrzebniejsze informacje zestawiono na rysunku 1.

IlustracjaIlustracjaPrzemysł 4.0
Masowe wprowadzenie komunikacji bez ograniczeń przestrzennych i systemów autonomicznych.
(Niemcy)
Zaniknięcie granic pomiędzy maszynami i ich zespołami, swoboda wymiany i przekształcania danych, modyfikacja pojęcia dostępu do przestrzeni poruszania się maszyn, Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT).
IlustracjaPrzemysł 3.0
Masowe wprowadzenie automatyki, elektroniki i technik komputerowych w przemyśle.
(Japonia)
Pojawienie się pojęcia zdolności do wypełnienia funkcji przez układ sterowania.
IlustracjaPrzemysł 2.0
Masowe wprowadzenie energii elektrycznej i produkcja masowa.
(USA)
Produkcja na liniach przemysłowych – zespoły maszyn w dzisiejszym rozumieniu dyrektywy maszynowej.
IlustracjaPrzemysł 1.0
Masowe wprowadzenie maszyn napędzanych energią mechaniczną (nie siłą mięśni ludzi i/lub zwierząt domowych).
(USA)
A zatem mówimy tu o maszynach w rozumieniu definicji dzisiejszej dyrektywy maszynowej.
Maszyna parowa i energia spiętrzenia wody.

Rysunek 1. Cechy charakterystyczne rewolucji przemysłowych.

Każda z rewolucji z powodu znaczącego wzrostu komplikacji rzeczywistości technicznej stawiała jednocześnie wyzwania transmisji informacji.

Ilustracja
Rysunek 2. Kabel telefoniczny, podmorski dwuparowy/czterożyłowy z lat 60. XIX w. – opancerzenie z drutu, izolacja każdego przewodu z gutaperki i izolacja wspólna z pakuł nasączonych smołą.

Na rysunku 2. przedstawiono pierwszą udaną konstrukcję kabla podmorskiego, który został wykorzystany do zrealizowania stałego połączenia telegraficznego poprzez kanał La Manche. W czasie pierwszych (niezbyt udanych) prób napotkano na następujące trudności:

  • guma ulegała zbyt szybko starzeniu w kontakcie ze słoną wodą,
  • kabel bez obciążenia nie chciał zatonąć,
  • brak „ekranowania” zmuszał do znacznego obniżania prędkości przekazu telegraficznego.

Jak widać z powyższego opisu już wówczas pionierzy telekomunikacji zetknęli się z problemem trwałości izolacji wystawionej na czynniki środowiskowe (kompatybilności środowiskowej – choć jeszcze wtedy takie sformułowanie faktycznie nie istniało). Ponadto zaczęto obserwować szkodliwy wpływ braku kompatybilności elektromagnetycznej (choć jeszcze wtedy takie sformułowanie faktycznie również nie istniało). Pojawił się też problem przepustowości kabla – po obniżeniu prędkości transmisji (alfabet Morse’a) transmisja stała się praktycznie możliwa i bez „ekranowania”.

Była to konstrukcja kabla charakterystyczna dla pierwszej rewolucji przemysłowej, generalnie nadająca się do transmisji impulsów elektrycznych o małej częstotliwości. Dziś nie zaliczylibyśmy takiego kabla nawet do klasy 1.

Na rysunku 3. pokazano kabel popularny w okresie 2. rewolucji przemysłowej. Pozwalał on na przesyłanie mowy ludzkiej na średnie odległości i można by go było zaliczyć do klasy 1., oczywiście gdyby takie określenie wówczas było znane.

Ilustracja
Rysunek 3. Kabel telefoniczny do zastosowań lądowych, parowy/czwórkowy z pierwszej połowy XX w. – powłoka ołowiana, obwój ośrodka z taśm papierowych, izolacja papierowa na żyłach oraz wkładki wypełniające w postaci sznurka.

W tym czasie pojęcie par sygnałowych stało się już popularne, choć nie skręcano ich jeszcze intencjonalnie w kablach krótkiego zasięgu. Jednak jak wskazują np. instalacje słynnego Międzyrzeckiego Rejonu Umocnionego (MRU) do połączeń dalekosiężnych poczta niemiecka stosowała już wyraźny podział na pary separowane przestrzennie w przekroju kabla. Ze względów technicznych jeszcze przez kilkadziesiąt lat rosła liczba par sygnałowych w kablach, ponieważ istniały obiektywne ograniczenia techniczne (sygnały analogowe) do współdzielenia różnych transmisji w ramach jednego łącza.

Kable sygnałowe w okresie 2. rewolucji służyły głównie do realizacji połączeń telekomunikacyjnych i sygnalizacji, co w warunkach powstawania linii oraz instalacji produkcyjnych było już praktycznie konieczne. W tym czasie (1922) powstała już nowoczesna koncepcja regulatora PID, a zatem w dziedzinie sygnałów analogowych narodziła się konkretna potrzeba przesyłania nie tylko wiadomości, lecz także sygnałów sterowania. Kamień węgielny dla 3. rewolucji przemysłowej został niniejszym położony. Żywiołowo rozwijano teorię sterowania, a w szczególności powstała analiza częstotliwościowa (Fouriera). Transmisja danych na dalsze odległości napotykała jednak przez dłuższy czas na problem wzmacniania sygnału, do czasu wynalezienia w roku 1927 ujemnego sprzężenia zwrotnego (i wzmacniacza sygnału z takim sprzężeniem).

W roku 1950 Shannon opublikował twierdzenie o próbkowaniu co pozwoliło na dalszy rozwój teletransmisji. Jednocześnie stworzono teorię komputera (John v. Neumann) i wkrótce IBM przystąpił do produkcji pierwszych maszyn liczących. W roku 1970 opracowano pierwszy sterownik programowalny (PLC). Od połowy lat 70-tych rozpoczęto produkcję przemysłowych robotów manipulacyjnych i obrabiarek sterowanych numerycznie. Stworzyło to podstawy do przyszłej, masowej automatyzacji i robotyzacji, a więc 3. rewolucji przemysłowej.

Ilustracja
Rysunek 4. Przykład „nowoczesnego” w okresie 3. rewolucji przemysłowej kabla sygnałowego.

Pod koniec lat 60-tych rozpoczęto prace nad siecią z której powstał obecny Internet, w roku 1989 powstała sieć „www”, a w 90-tych latach XX wieku opracowano standardy kabli transmisyjnych złożonych z par niezależnie skręconych przewodów (TP), kładąc z kolejny fundament pod 4. rewolucję. Jest tu już mowa o kablach współczesnych klas transmisji oraz o nowoczesnych złączach oraz gniazdach (wyższych klas 5 – 8).

Ilustracja
Rysunek 5. Przykład nowoczesnego, dupleksowego kabla TP (S/FTP) w kategorii 8.

Na rysunku 5. pokazano przykład kabla o najwyższej przepustowości z obecnie produkowanych, który jest w stanie w pełni sprostać wymaganiom urządzeń czwartej rewolucji przemysłowej, gdzie ilość transmitowanych danych jest ogromna (rozproszone systemy sterowania, przemysłowy Internet rzeczy , czy inteligentne systemy wizyjne). HELUKAT 1200 > producent HELUKABEL GmbH Hemmingen.

Autor artykułu mgr inż. Marek Trajdos ( Konsultant ds. technicznych firma HELUKABEL Polska )

Helukabel Sp. z o.o.
Krze Duże 2,
96-325 Radziejowice
tel. +48 46 858 01 00 ,
mail : biuro@helukabel.pl

zobacz: S-STP HELUKAT 1200 »

« Wróć do listy artykułów

Najnowsze wpisy:

Jeśli szukasz najwyższej jakości kabli do swojego projektu, przemysłu, budownictwa - zapraszamy do kontaktu z dedykowanymi przedstawicielami w Twoim regionie.