ロボット用産業用イーサネット ケーブル アセンブリ: パケット損失なしで EtherCAT、PROFINET、および M12/RJ45 ネットワークを指定する方法

倉庫ロボット OEM は、コントローラー、サーボ ネットワーク スイッチ、手首に装着するビジョン モジュール間の通常の Cat5e パッチ コードを使用して FAT に合格しました。起動から 3 週間後、EtherCAT CRC アラームが高速ピック サイクル中にのみ発生するようになりました。インテグレータはスイッチ、次にドライブ、そして IPC を交換しました。何も変わりませんでした。根本的な原因はケーブル アセンブリでした。オフィス グレードの RJ45 コードは、ねじり定格がなく、一貫性のないシールド終端が行われ、冷却剤のミストや振動に対する環境マージンがない可動軸を通って配線されていました。ケーブルセットが再構築されるまでに、セルの生産時間は 19 時間失われました。

ロボット工学における産業用イーサネットは、単なるデータの問題ではありません。これは、動作、シールド、コネクタ、および調達の問題です。 EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、および GigE Vision はすべて、制御されたインピーダンス、ペア バランス、安定したシールドに依存していますが、ロボット ジョイントにより、曲げ半径の制限、ねじれ、磨耗、洗浄、および繰り返しのメンテナンス切断も追加されます。ケーブルの仕様があいまいな場合、購入者は技術的に同等ではない見積もりを比較することになり、最も安価なオプションがプログラム内で最も高価なダウンタイム イベントになることがよくあります。

オフィスのイーサネットルールがロボットで失敗する理由

オフィスのスイッチ キャビネット内では完璧に機能するネットワーク ケーブルでも、ロボット アーム、AGV マスト、またはドレス パックではすぐに故障する可能性があります。ロボット ネットワークは、生の接続だけでなく、パケットのタイミングが重要となる決定的な制御トラフィックを伝送します。ケーブル アセンブリは、100 オームの差動インピーダンスを保持し、動作下でもツイスト ジオメトリを維持し、サーボ ドライブ、ブレーキ ライン、および VFD ノイズ源の近くでシールドの有効性を損なわないようにする必要があります。多くのシステムの場合、正解は、市販のパッチ コードではなく、専用の 産業用イーサネット ケーブル アセンブリ または密閉された M12 ケーブル アセンブリ です。

ロボットネットワークのプロトコルとコネクタマップ

コネクタ コードは電気エンベロープを変更するため重要です。 M12 D コードは、過酷な環境における産業用イーサネットの 100 Mbps オプションとして確立されています。 M12 X コードは、8 つのコンタクトによるより高い帯域幅と、ギガビット クラスのトラフィックのより優れた分離をサポートします。 RJ45 は、保護された制御キャビネットや静的エンクロージャ内で引き続き実用的ですが、ロボットの露出したサービス ポイントでは、繰り返しの嵌合サイクルを通じて密閉性と耐振動性がより優れているため、ネジ付き M12 インターフェイスの恩恵を受けることがよくあります。

M12 vs RJ45: どちらが勝つか

• 侵入保護よりもスペースとサービスコストが重要な場合は、保護されたキャビネットまたは静的コントローラーエンクロージャ内で RJ45 を使用してください。
• 100 Mbps のフィールド I/O、センサー、および振動、冷却剤、または洗い流しにさらされるネットワークの落下には、M12 D コードを使用します。
• リンクでカメラ、アップリンク、または高帯域幅マシン ネットワークのギガビット トラフィックを伝送する必要がある場合は、M12 X コードを使用します。
• インターフェイスが機械的にサポートされ、サービステストが行​​われていない限り、可動セクションでは M12 と RJ45 の間のアダプター チェーンを避けてください。
• サプライヤーが同じ嵌合条件を見積もるように、コーディング、性別、オーバーモールド方向、ケーブル出口角度、およびパネルの深さを RFQ で指定します。

購入者が送付すべき最低限の仕様書

1. プロトコルとターゲット速度: EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、カメラ Ethernet、または同じプラットフォーム上の混合トラフィック。
2. 両端のコネクタ ファミリとコーディング: RJ45、M12 D コード、または M12 X コード、およびパネル マウントまたはオーバーモールド方向の要件。
3. 動作プロファイル: 最小曲げ半径と予想される移動角度または回転角度を含む、ロボット ジョイントを通る静的、ドラッグ チェーン、またはねじれ。
4. 環境: オイル、冷却剤、溶接スパッタ、洗浄剤、洗浄レベル、温度範囲、IP ターゲット。
5. ケーブル構造要件: Cat5e、Cat6、または Cat6A。シールドのデザイン。 PUR または TPE などのジャケット素材。および炎上またはコンプライアンスの対象。
6. テスト範囲: ワイヤーマップ、シールドの連続性、チャネルまたはパフォーマンスのテスト、および動的サンプルがリリース前に屈曲またはねじれの検証に合格する必要があるかどうか。

製品リリース前にテストすべきこと

ロボット イーサネット アセンブリの場合、検証は防止しようとしている障害モードと一致する必要があります。基本的な導通により断線が発生します。稼働中のネットワーク マージンを証明するものではありません。繰り返しプログラムの場合、不正なコネクタ コード、不適切なオーバーモールドの向き、または弱いシールド クランプを発見する最も安価な場所は、機械の出荷後ではなく、サンプルの検証中にあります。

1. 電気的検証: すべての製造ケーブルの 100% ワイヤーマップ、短絡チェック、シールド導通。
2. パフォーマンス検証: 指定されたカテゴリおよびコネクタ セットに一致するチャネル テストまたは同等のイーサネット パフォーマンス検証。
3. 機械的検証: ロボットまたは機械の実際の配線パスと一致する代表的なサンプルでの曲げまたはねじりの繰り返し。
4. システム検証: ボリュームにリリースする前に、実際のコントローラー、スイッチ、カメラ、またはサーボ ネットワーク上でパケット エラーまたは通信の安定性を実行します。

ロボット工学におけるイーサネット ケーブルの障害のほとんどは、不可解なプロトコルの問題ではありません。それらは、間違ったコネクタコーディング、可動軸内の静的定格ケーブル、または紙の上では完全に見えても、ビルドでは正しく終端されていないシールドなど、通常の調達ショートカットから発生します。

— エンジニアリングチーム、ロボットケーブルアセンブリ

FAQ: 標準の RJ45 パッチ コードをロボット アーム内で使用できますか?

通常はいいえ。標準パッチコードは、ねじれ、曲げ、油暴露、および振動の組み合わせではなく、静的な商用ケーブル配線用に設計されています。ベンチテスト中には機能しても、ロボットが生産速度に達すると機能しなくなる場合があります。保護された静的なキャビネットセクションでは許容可能ですが、可動ロボット軸にはモーション定格の産業用イーサネットケーブルが必要です。

FAQ: D コードの代わりに M12 X コードを選択する必要があるのはどのような場合ですか?

リンクにギガビット クラスの帯域幅が必要な場合、デバイス メーカーが要求する場合、または高速ネットワーク ポート全体に 1 つの堅牢なコネクタ標準が必要な場合は、M12 X コードを選択します。高い帯域幅よりも密閉性、耐振動性、コンパクトなフィールド インターフェイスが重要な確立された 100 Mbps 産業用イーサネット リンクには D コードを選択してください。