Кабели Lapp BUS CAN

Кабели Lapp для шинных систем CAN: технические характеристики, конструкция и применение

Кабели Lapp для шинных систем CAN (Controller Area Network) представляют собой специализированную группу кабельной продукции, разработанную для обеспечения надежной и помехоустойчивой передачи данных в промышленных сетях, построенных на протоколе CAN. Данный протокол широко применяется в системах автоматизации, автомобилестроении, железнодорожном транспорте, энергетике и других отраслях, где требуется высоконадежный обмен данными между микроконтроллерами и устройствами в реальном времени в условиях сильных электромагнитных помех. Кабели Lapp для CAN-шины являются не просто проводниками, а ключевым элементом, определяющим стабильность и целостность всего сетевого соединения.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция кабелей Lapp для CAN-шины строго соответствует требованиям международных стандартов, таких как ISO 11898 (дорожные транспортные средства) и SAE J1939 (коммерческие автомобили), а также учитывает специфику промышленного применения. Типичная конструкция включает следующие элементы:

• Токопроводящие жилы: Используется медная проволока, чаще всего многопроволочная (гибкая) для обеспечения устойчивости к вибрациям и многократным изгибам. Сечение жил стандартизировано, наиболее распространены сечения 0.34 мм² (AWG 22), 0.5 мм² (AWG 20) и 0.75 мм² (AWG 18).
• Изоляция жил: Каждая сигнальная жила имеет индивидуальную изоляцию из термопластичного полиэтилена (PE), полипропилена (PP) или специальной бессвинцовой ПВХ-компаунды. Изоляция обеспечивает электрическую развязку между жилами и имеет стабильные диэлектрические характеристики.
• Экран: Критически важный элемент для CAN-кабеля. Применяется оплетка из луженой медной проволоки с высоким коэффициентом покрытия (обычно не менее 85%). Некоторые модели, например, UNITRONIC® BUS CAN, могут иметь комбинированный экран: фольга + оплетка. Экран эффективно подавляет электромагнитные помехи (EMI) как исходящие от кабеля, так и воздействующие извне, защищая дифференциальный сигнал CAN_H и CAN_L.
• Дренажный проводник: В экранированных кабелях всегда присутствует неизолированный медный дренажный провод (drain wire), контактирующий с экраном по всей его длине. Он предназначен для удобного и надежного заземления экрана на разъемах или клеммах.
• Внешняя оболочка: Изготавливается из специальных материалов, стойких к различным воздействиям: маслобензостойкий ПВХ, полиуретан (PUR), безгалогенный термоэластопласт (TPE). Оболочка обеспечивает защиту от механических повреждений, истирания, масел, химикатов, УФ-излучения и влаги. Цвет оболочки, как правило, оранжевый, что является отраслевым стандартом для идентификации шинных кабелей.

Ключевые технические параметры и характеристики

Выбор кабеля для конкретного применения основывается на его технических параметрах. Ниже приведены основные характеристики кабелей Lapp BUS CAN.

Таблица 1: Основные технические характеристики кабелей UNITRONIC® BUS CAN FD

Параметр	Значение / Описание	Примечание
Номинальное напряжение	30 В (для цепей передачи данных)	Соответствует требованиям CAN-сетей
Волновое сопротивление	120 Ом ± 10%	Критически важный параметр для согласования линии и предотвращения отражений сигнала. Измеряется между жилами CAN_H и CAN_L.
Скорость передачи данных	До 5 Мбит/с (для CAN FD)	Поддерживает классический CAN (до 1 Мбит/с) и высокоскоростной CAN FD (Flexible Data-Rate).
Емкость жила-жила	~ 55 нФ/км	Низкая погонная емкость для минимизации искажений фронтов сигнала.
Погонное затухание	≤ 0.15 дБ/м на частоте 1 МГц	Определяет максимальную длину сегмента без потери целостности сигнала.
Рабочий температурный диапазон	От -40°C до +80°C (для версии с оболочкой из ПВХ) От -40°C до +90°C (для версии с оболочкой из PUR)	Позволяет использовать в неотапливаемых помещениях и на улице.
Минимальный радиус изгиба	При монтаже: 7.5 x Ø кабеля При движении: 15 x Ø кабеля	Обеспечивает гибкость и долговечность при динамических нагрузках.
Стандарты	ISO 11898-2, SAE J1939, DIN 47100	Соответствие промышленным и автомобильным стандартам.

Типы кабелей Lapp для CAN-сетей и их применение

Компания Lapp Group предлагает несколько серий кабелей, оптимизированных для различных условий эксплуатации.

• UNITRONIC® BUS CAN: Базовая и наиболее распространенная серия. Имеет экран из луженой медной оплетки, оранжевую ПВХ-оболочку. Предназначена для стационарной прокладки в кабельных каналах, лотках, трубах внутри помещений и шкафов управления. Подходит для классических приложений автоматизации.
• UNITRONIC® BUS CAN FD: Усовершенствованная версия, оптимизированная для высокоскоростного протокола CAN FD. Имеет улучшенные электрические параметры (более строгое волновое сопротивление, сниженные емкость и затухание) для обеспечения целостности сигнала на высоких скоростях. Конструктивно аналогична базовой серии.
• UNITRONIC® BUS CAN CP (Chainflex®): Специализированные кабели для применения в подвижных цепях (кабелеукладчиках) и системах с непрерывным движением. Обладают повышенной гибкостью, стойкостью к скручиванию и многомиллионным циклам изгиба. Оболочка, как правило, из износостойкого полиуретана (PUR). Применяются в станках, робототехнике, портальных системах.
• ÖLFLEX® BUS CAN: Кабели с повышенной стойкостью к внешним воздействиям. Часто имеют безгалогенную, маслостойкую и стойкую к УФ-излучению оболочку (например, из термоэластопласта). Предназначены для сложных условий: наружная прокладка, цеха с агрессивными средами, железнодорожный транспорт, ветроэнергетические установки.
• Экранированные витые пары в общем кожухе: В некоторых решениях Lapp предлагает кабели, где помимо витой пары для CAN (CAN_H, CAN_L) в общей оболочке присутствуют дополнительные силовые или сигнальные жилы для питания устройств или передачи других сигналов. Это упрощает монтаж и снижает количество кабелей в трассе.

Правила проектирования и монтажа CAN-сети с использованием кабелей Lapp

Для обеспечения надежной работы сети недостаточно выбрать правильный кабель. Необходимо соблюдать правила проектирования и монтажа.

• Согласование волнового сопротивления: На обоих концах линейного (не кольцевого) сегмента CAN-шины должны быть установлены согласующие резисторы (терминаторы) номиналом 120 Ом. Это предотвращает отражение сигнала. Импеданс кабеля (120 Ом) должен соответствовать импедансу терминаторов.
• Заземление экрана: Экран кабеля должен быть заземлен только в одной точке, как правило, на стороне источника питания сети или главного контроллера. Многоточечное заземление может привести к образованию контуров заземления и протеканию уравнительных токов по экрану, что создаст дополнительные помехи. Дренажный провод должен быть надежно подключен к шине заземления.
• Топология сети: Предпочтительна линейная топология (шина) с короткими ответвлениями (stubs) к каждому устройству. Длина ответвления не должна превышать 0.3 м для высокоскоростного CAN. Общая длина сегмента ограничена скоростью передачи: 40 м для 1 Мбит/с, 500 м для 125 кбит/с. Использование качественного кабеля Lapp позволяет работать на предельных длинах при сохранении стабильности.
• Прокладка и разделение: Кабель CAN должен прокладываться на расстоянии не менее 20-30 см от силовых кабелей переменного тока (> 230 В) и кабелей частотных преобразователей. При пересечении силовых линий оно должно осуществляться под углом 90°. Запрещается размещение CAN-кабеля в одном лотке с мощными источниками помех без дополнительной разделительной перегородки.
• Механическая защита: При прокладке в полах, на стенах или в местах с риском повреждения кабель должен быть защищен кабель-каналом, трубой или гофрой. Следует соблюдать минимальный радиус изгиба, указанный в техническом описании.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелем CAN и обычным кабелем «витая пара»?

Обычная витая пара (например, UTP Cat.5e) имеет волновое сопротивление 100 Ом и оптимизирована для протоколов Ethernet. CAN-кабель имеет волновое сопротивление 120 Ом, что критично для согласования с терминаторами сети CAN. Кроме того, CAN-кабели Lapp имеют специализированную, часто более прочную и стойкую к внешним воздействиям оболочку (масло, УФ, температура), а также экран с высоким коэффициентом покрытия, что не всегда характерно для стандартных витых пар.

Можно ли использовать кабель для CAN FD в классической CAN-сети?

Да, можно и часто это рекомендуется. Кабель, сертифицированный для CAN FD, обладает улучшенными электрическими параметрами и гарантированно обеспечит высокое качество сигнала на низких скоростях классического CAN. Это «запас» на будущее и повышение надежности текущей сети.

Как правильно выбрать сечение жилы?

Сечение выбирается исходя из двух факторов: максимальной длины сегмента и сопротивления линии. Для большинства промышленных применений с длиной сегмента до 100-200 м достаточно сечения 0.34 мм² (AWG 22). Для более длинных линий (до 500-1000 м) или сетей с большим количеством узлов рекомендуется использовать кабели с сечением 0.5 мм² или 0.75 мм² для снижения общего сопротивления линии и падения напряжения.

Что делать, если требуется проложить CAN-шину в зоне с сильными электромагнитными помехами (например, рядом с мощным сварочным оборудованием)?

В таких экстремальных условиях рекомендуется использовать кабели Lapp серии ÖLFLEX® BUS CAN с усиленным экраном (например, оплетка с покрытием >90% в сочетании с фольгой). Дополнительно следует прокладывать кабель в отдельной заземленной металлической трубе или экранированном лотке. Крайне важно обеспечить чистое одноточечное заземление экрана.

Какой кабель выбрать для мобильной установки на вращающейся части станка?

Для подобных динамических применений с постоянным движением и изгибом необходимо использовать специализированные кабели в исполнении «для подвижного монтажа», такие как UNITRONIC® BUS CAN CP (Chainflex®). Они имеют многопроволочные жилы повышенной гибкости, специальную конструкцию скрутки и оболочку из полиуретана, рассчитанную на миллионы циклов изгиба. Использование стационарного кабеля в динамике приведет к быстрому обрыву жил.

Требуется ли специальный инструмент для заделки разъемов на кабели Lapp BUS CAN?

Для профессионального и надежного монтажа рекомендуется использовать специализированный инструмент: стрипперы для точного снятия изоляции и оболочки, обжимные клещи для контактов типа D-Sub или M12, соответствующих стандарту CAN. Кабели Lapp имеют точные геометрические размеры, и использование правильного инструмента гарантирует сохранение волнового сопротивления в точке соединения и надежный контакт экрана.

Заключение

Кабели Lapp для шин CAN представляют собой инженерно разработанные решения, где каждый элемент конструкции — от материала изоляции до угла скрутки и типа экрана — направлен на обеспечение максимальной целостности сигнала в промышленных условиях. Правильный выбор серии кабеля (стационарный, подвижный, стойкий к агрессивным средам) в сочетании с неукоснительным соблюдением правил монтажа и заземления является фундаментом для создания устойчивой, безотказной и долговечной CAN-сети. Продукция Lapp, соответствующая международным стандартам, предоставляет проектировщикам и монтажникам надежный инструмент для реализации сложных задач автоматизации в энергетике, на транспорте и в промышленном производстве.