工業環境對于元器件和設備來說可能非常惡劣。通常，在采購耐用的元器件和電子系統方面需要花費很多精力，因為設計人員不太關注布線和接線選擇。但是，看似相同的兩根電纜在惡劣的工業環境中表現可能截然不同。

本文將簡要概述電纜選擇不善的影響，然后再介紹適合工業應用的電纜構造。最后會提供幾個可解決惡劣環境中信號高效、可靠傳輸問題的創新型電纜解決方案實例。

為什么電纜選擇如此重要

布線選擇不當可能最初不會露出端倪，但實際上從一開始就可能導致信號衰減和功率損耗。隨著時間的推移，它們還會帶來間歇性連接故障，這類故障相當棘手，很難排除，導致代價高昂的系統停機。這在高振動環境中尤其麻煩。此外，如果電纜沒有采用合適的外護套材料，暴露于化學品或極端溫度和物理損壞之下，可能會使電線裸露，造成短路，迸發火花。

理想的解決方案是選擇適合此類應用的 IP67 或 IP68 工業級電纜。工業電纜是結構更堅固的高品質電纜，通常采用比常規家用電纜更高品質的材料。雖然兩種類型的電纜看起來很相似，但工業級電纜更耐用，能夠耐受高溫、溶劑和液體，性能遠勝于外觀類似的普通商用電纜。此外，工業電纜還能夠更好地耐受彎曲、扭曲和拉伸，而堅韌性欠佳的電纜則可能無法承受此類情形。

從電子角度來看，選擇合適的工業電纜還可以最大限度地減少任何電纜長度上的功率和信號損失。而且，它們的抗電磁干擾 (EMI) 能力也更強。

選擇高品質的工業級電纜時，了解電纜的構造非常有用。

中心導體電線

首先了解中心導體的材料和直徑。電線直徑越大，電纜可以承載的電流越多，同時最大程度地減少因距離導致的信號損失。銅是電線最好的導電材料。品質較低的電纜可能使用鋁，與銅相比，鋁是較差的導體。確保從像 Digi-Key 這樣的授權分銷商處購買品牌電纜，因為有些電纜看起來與品牌電纜類似，實際上可能采用的是鍍銅鋁質導線。雖然實芯線比多股絞線傳導性更好，但實芯線不易彎曲，這使得它們在許多情況下并不實用。多股絞線柔性更好，更容易布置和走線。

外層護套

外層護套材料和厚度對于工業電纜的壽命長短至關重要。外層護套越厚，對電纜的保護越好。

工業環境中的電纜外護套需要應對多種形式的嚴重不當使用，否則可能迅速降低電纜的性能。陽光，特別是紫外線 (UV)，會導致外護套褪色或開裂。包括油、汽油和清潔化學品在內的溶劑也會溶解外護套，從而導致故障。高溫會導致電纜壽命縮短，這對于較長的電纜來說更加不利。極低溫度會導致外護套變脆，導致可見的開裂，進而可能造成外護套剝離和脫落。

外護套還必須能夠應對物理損壞，例如在銳角處拉動電纜的磨損影響。錯誤的外護套會導致電纜開口，露出屏蔽層或導線。厚聚氨酯因具有耐磨性，是高品質電纜外護套材料的可靠選擇。聚氨酯還可以耐受溶劑、極端溫度、光照和各種不當使用。

人們通常將防水性視為理所當然。雖然幾乎每根電纜都可以防水，但實際上長時間暴露在潮濕環境中也會導致電纜壽命縮短。這可能很難診斷，特別是如果技術人員沒有意識到此類錯誤，而繼續使用相同的商用電纜來進行更替時。為防止此類情況，建議在大多數潮濕環境中使用 IP67 工業級電纜。

即使采用最堅固的工業電纜，布線也應遠離鋒利的邊緣。為避免拉伸電纜，應考慮使用足夠的電纜布線長度。在工廠和辦公樓中，需求變更是常事，因此需要重新布線。

對于電纜可能被水浸沒的極端環境，應選擇 IP68 級電纜，例如Amphenol Sine Systems的CA0162C22315012四芯圓形電纜（圖 1）。該電纜及連接器系統能夠承受 -25 至 +100°C 的極端工業溫度范圍。該電纜的四根導線使用絞合的 14 AWG 電線。

圖 1：Amphenol Sine Systems CA0162C22315012 圓形連接器電纜使用 24 AWG 粗電線，以實現出色的導電性。連接器防拉線扣直接熱成型到電纜外護套上，以實現最大程度的保護。（圖片來源：Amphenol Sine Systems）

電纜連接器和觸頭

電纜與連接器的連接可能是組件中遭不當使用最嚴重的部分。從插座上拔下電纜連接器時，建議始終抓住連接器外殼而不是防拉線扣。但是，技術人員匆忙中有時會拉動防拉線扣。有時電纜連接器被放置在狹窄空間中，不可避免地需要拉動防拉線扣來移除連接器。如果在商用電纜上重復此操作一定次數，電線與連接器觸頭很可能分離，從而導致間歇性連接故障或完全失效。

對于這些情況，建議使用高強度的電纜連接器外殼，例如熱成型防拉線扣，因為它們在插入和移除電纜連接器時可提供出色的應力保護，并在惡劣條件下隔離潮氣。

連接器配接次數通常對于固定在同一插座上數月或數年的連接器來說并不重要。但是，另一個極端下，搭配工業測試設備使用的電纜，一天內配接次數可達到數十次。務必選擇一個連接器配接次數至少超 50% 的電纜，這一點非常重要。

有時極端條件需要采用具有獨特解決方案的創新產品。Rosenberger制造了一系列磁性自定位連接器，可提供幾乎無限的配接次數（圖 2）。Rosenberger 電纜組件末端的自定位磁性連接器可以很容易地插入插座，插入力為零。磁性連接器系統可自動將電纜連接器吸入插座中，配接后會聽到咔嗒聲，無需手動插入。

圖 2：Rosenberger 電纜組件末端的自定位磁性連接器可以很容易地插入插座，插入力為零。（圖片來源：Rosenberger）

Rosenberger 的L99-838-1500工業 USB 電纜組件專為頻繁使用的診斷設備而設計。每端都有一個簡單的磁力鎖定機構，可以快速方便地與兼容插座配接和取消配接。這對于辦公樓、工業控制和自動化系統以及配接次數異常高的其他環境中所使用的診斷設備的維護尤其有用。

金、鎳和錫：觸頭磨損詳細信息

電纜連接器觸頭與電纜載流量和可靠性有關。鍍錫連接器在商用電纜中相當普遍。對于高可靠性工業電纜連接器，金是最佳選擇，因為它是一種優良的導體，不會像銀或銅一樣氧化或腐蝕。但是，純金的價格貴得難以接受。更好的解決方案是使用鍍金鎳觸頭，如Molex的1203410303M12 CAT6A 工業以太網電纜中所用的觸頭（圖 3）。

工業標準 M12 連接器采用鍍鎳金觸頭，性能優于純金觸頭，具有更高的耐用性、金屬穩定性和耐腐蝕性。

圖 3：1203410303 Molex M12 CAT6A 工業以太網電纜上的鍍金觸頭在工業環境中擁有低電阻和高可靠性特性。（圖片來源：Molex）

雖然銅和銀的導電能力略勝于金，但它們更容易在惡劣環境中變色和腐蝕。金是工業環境下的優秀導體，因為它耐受多種溶劑并在高溫下保持連接性。出于這些和其他原因，建議高可靠性工業應用中采用金。

在大多數情況下，金-金觸頭連接擁有高可靠性、低電阻優勢。建議較軟的觸頭（如錫）不要與金結合使用，因為可能會發生微動磨損。微動磨損是指兩種不同的金屬接觸并引起化學反應，產生另一種會增加連接電阻的材料。

另一種形式的微動磨損是指，當像金一樣非常硬的金屬摩擦錫等非常軟的金屬時，造成一些錫被刮掉并附著在金上，從而導致相同的化學反應。

電纜屏蔽

工廠和辦公樓等嘈雜的環境充滿了電氣噪聲。電磁干擾 (EMI) 會嚴重影響電子設備的效率和運行。布線可能會產生 EMI 或受其影響。正確的電纜屏蔽可以抑制或消除大多數 EMI。在工業環境中，選擇具有適當屏蔽功能的電纜非常重要，因為日后可能特別難以診斷 EMI 噪聲引起的設備問題。

電纜屏蔽有兩種類型。鋁箔屏蔽在工業和商用電纜中都很常見，并提供 100% 的覆蓋率。對于工業應用，鋁箔面向導線的一側粘有一層薄薄的非導電膜，以便更好地與導線絕緣。為了提供足夠的屏蔽，鋁箔的厚度可能使電纜變硬且難以處理。一些商用電纜使用薄層鋁箔，足以滿足家用，但不能為工廠提供足夠的 EMI 保護。

編織銅線絲網屏蔽比箔屏蔽更容易使用，并具有更多的靈活性。但是，編織屏蔽通常僅提供 70% 至 95% 的覆蓋率。因此，許多高品質的工業電纜使用薄鋁箔屏蔽和銅編織物的組合，在保持靈活性的同時提供出色的 EMI 保護。

電纜連接器在每個連接器處均提供屏蔽接地。務必在兩端都使用屏蔽接地，以實現最大的抗噪能力。

總結

在項目早期做好正確的布線選擇可以防止以后出現問題。與商用電纜相比，工業電纜品質更高，具有更高的信號質量和更長的使用壽命。工程師和技術人員應仔細審查待用于工業應用的電纜規格，以確保采購到合適的電纜，實現可靠性、長壽命和總擁有成本的最優化。