Un errore di comunicazione sporadico su una rete Profinet, Ethernet industriale, CANopen o RS-485 raramente nasce dal protocollo. Più spesso, quando si cerca di capire come schermare cavi dati industriali, il problema è nel percorso fisico del segnale: un cavo posato vicino a un inverter, una calza interrotta nel connettore, una messa a terra ad alta impedenza o una schermatura trattata come un semplice conduttore di protezione.
In un impianto produttivo il risultato può essere un fermo macchina difficile da diagnosticare, dati incoerenti da un sensore, perdita di pacchetti o interventi non necessari sulla rete. Una schermatura progettata correttamente contribuisce alla compatibilità elettromagnetica dell’impianto e tutela continuità operativa, prestazioni e tempi di manutenzione.
Perché i cavi dati subiscono disturbi elettromagnetici
Motori, azionamenti, inverter, contattori, elettrovalvole e alimentatori switching generano campi elettrici e magnetici, oltre a disturbi condotti sulle linee di alimentazione. Un cavo dati può captare queste emissioni e trasferirle al dispositivo collegato, in particolare quando percorre tratti lunghi o passa in prossimità di sorgenti di disturbo.
L’effetto dipende dalla frequenza del disturbo, dalla tipologia di segnale, dalla velocità di trasmissione e dall’impedenza dell’intero collegamento. Per questo non basta verificare che la comunicazione funzioni durante il collaudo a vuoto. Un cablaggio può diventare critico quando aumentano i carichi, cambia il ciclo macchina o entrano in funzione più azionamenti contemporaneamente.
La schermatura non è una soluzione isolata: lavora insieme a posa, equipotenzialità, connessioni e qualità dei componenti. Un cavo schermato installato male può offrire una protezione inferiore a quella di un collegamento meno sofisticato ma realizzato con criteri EMC corretti.
Come schermare cavi dati industriali: scegliere il cavo corretto
Il primo passo è usare un cavo progettato per il protocollo e per l’ambiente applicativo. Un normale cavo dati commerciale non sempre è adatto a vibrazioni, oli, flessioni ripetute, temperature variabili e disturbi presenti a bordo macchina. Per reti Ethernet industriali, ad esempio, occorre valutare categoria di trasmissione, struttura delle coppie, schermatura e compatibilità con connettori e switch installati.
Le coppie twistate riducono la sensibilità ai disturbi perché i campi indotti tendono a compensarsi lungo la torsione. La schermatura aggiunge una barriera contro i disturbi irradiati e offre un percorso controllato per le correnti ad alta frequenza. Le configurazioni più comuni sono schermature a foglio, a treccia di rame oppure combinate. La treccia garantisce in genere una copertura meccanicamente più resistente e una buona efficacia su un ampio intervallo di frequenze; la soluzione combinata è spesso indicata dove il livello di disturbo è elevato.
La scelta non deve fermarsi alla dicitura “schermato”. Vanno verificati anche raggio di curvatura, idoneità alla posa mobile o fissa, classe di reazione al fuoco quando richiesta, resistenza chimica e grado di protezione dell’assemblaggio finale. In una catena portacavi, per esempio, servono conduttori e schermi adatti al movimento continuo: una calza che si degrada nel tempo trasforma un collegamento affidabile in una causa di fermo intermittente.
Schermo generale, schermatura delle coppie o entrambe?
Un cavo con schermo generale protegge l’insieme delle coppie. La schermatura individuale delle coppie aggiunge separazione tra segnali, utile dove più linee trasportano dati veloci o dove convivono segnali con caratteristiche diverse. Non esiste una risposta valida per ogni impianto: per una breve tratta Ethernet in un quadro ordinato può essere sufficiente una soluzione standard industriale, mentre vicino a servoazionamenti o su dorsali estese conviene valutare una protezione superiore.
La selezione deve considerare anche il connettore. Se si installa un cavo altamente schermato su un connettore che non assicura continuità dello schermo, il beneficio teorico viene annullato nel punto più vulnerabile della linea.
La regola decisiva: continuità a 360 gradi
Per essere efficace alle alte frequenze, la schermatura deve essere collegata alla massa funzionale o alla piastra equipotenziale con un contatto ampio, continuo e a bassa impedenza. In pratica, la calza non va raccolta in un sottile “codino” lungo alcuni centimetri e collegata con un filo: quel tratto introduce induttanza e riduce fortemente l’efficacia contro i disturbi rapidi.
La soluzione preferibile prevede invece pressacavi EMC, morsetti di schermatura o connettori metallici che serrino la calza lungo tutta la circonferenza. Il contatto deve essere realizzato il più vicino possibile al punto di ingresso nel quadro o nel dispositivo. Anche la verniciatura della piastra può essere un ostacolo: se impedisce il contatto metallico affidabile, va prevista una superficie conduttiva dedicata.
Nei quadri elettrici è utile portare i cavi schermati su una barra di schermatura o su una piastra metallica collegata al sistema equipotenziale. In questo modo le correnti di disturbo vengono deviate prima che possano raggiungere apparecchiature sensibili, switch industriali, moduli I/O, encoder o controllori.
Collegare lo schermo a una o a entrambe le estremità?
Per i segnali dati ad alta frequenza, la pratica generalmente più efficace è il collegamento dello schermo a 360 gradi su entrambe le estremità. Questo crea un percorso a bassa impedenza per le correnti di disturbo e migliora il comportamento EMC dell’intera tratta.
Il collegamento su una sola estremità viene talvolta adottato per limitare correnti a bassa frequenza dovute a differenze di potenziale tra masse. Tuttavia non è una regola universale e può peggiorare la protezione contro i disturbi ad alta frequenza. Se esistono differenze di potenziale significative tra due sezioni di impianto, la priorità è verificare il collegamento equipotenziale, la rete di terra e l’architettura complessiva, non interrompere automaticamente lo schermo.
La decisione dipende dal protocollo, dalle indicazioni del costruttore e dalle condizioni reali di installazione. Nei sistemi certificati o nelle macchine soggette a requisiti specifici, le istruzioni del produttore dell’apparecchiatura restano il riferimento operativo.
Posa dei cavi: la schermatura non compensa un percorso sbagliato
Anche il miglior cavo schermato perde efficacia se corre per decine di metri parallelo a un cavo motore non filtrato. La distanza fisica è una delle misure più semplici e utili per ridurre l’accoppiamento dei disturbi. Quando possibile, cavi dati, segnali analogici e collegamenti encoder devono seguire canaline o percorsi separati rispetto alle linee di potenza e ai cavi in uscita dagli inverter.
Se un incrocio è inevitabile, è preferibile realizzarlo a 90 gradi. Ridurre il tratto di parallelismo limita la quantità di energia che può essere indotta sul collegamento dati. Le canaline metalliche correttamente collegate a terra possono contribuire alla protezione, ma devono mantenere continuità elettrica tra gli elementi e non sostituiscono una corretta schermatura del cavo.
All’interno del quadro, separare fisicamente alimentazioni, circuiti di comando e comunicazioni semplifica anche il collaudo e la manutenzione. Evitare fascette che comprimono eccessivamente il cavo, curve strette e sguainature inutilmente lunghe vicino ai connettori: sono dettagli che incidono su durata, impedenza e qualità del contatto di schermo.
Errori frequenti nel cablaggio schermato
Il più comune è lasciare la calza scollegata perché “il cavo è già schermato”. Segue il collegamento con un codino troppo lungo, spesso realizzato per comodità di cablaggio. Altri errori ricorrenti sono l’uso di pressacavi plastici al posto di componenti EMC, l’interruzione dello schermo in morsettiera senza una soluzione certificata e l’accoppiamento prolungato con cavi motore.
Merita attenzione anche la schermatura collegata al PE senza valutare il percorso effettivo. Il conduttore di protezione è essenziale per la sicurezza, ma la gestione EMC richiede superfici di contatto ampie e percorsi corti per le componenti ad alta frequenza. Sicurezza elettrica ed efficacia della schermatura devono quindi essere progettate insieme, non confuse tra loro.
Infine, non bisogna ignorare connettori, giunti e pannelli passanti. Ogni discontinuità nella schermatura può comportarsi come un punto di emissione o di ingresso del disturbo. In ambienti gravosi conviene scegliere componenti certificati e verificare che l’assemblaggio mantenga grado IP, tenuta meccanica e continuità EMC.
Verifiche pratiche prima della messa in servizio
Una verifica visiva accurata individua molte anomalie: controllare che la calza sia serrata correttamente, che non vi siano codini lunghi, che i percorsi dati siano separati dalla potenza e che piastre, canaline e pressacavi abbiano continuità adeguata. Conviene poi osservare il comportamento della comunicazione con la macchina in condizioni reali, quindi con azionamenti, resistenze di frenatura e carichi attivi.
I log di switch e PLC possono mostrare errori di porta, ritrasmissioni, disconnessioni o pacchetti persi. Se il problema compare solo in alcune fasi del ciclo, la correlazione con l’attivazione di un carico è un indizio utile. Misure strumentali EMC e analisi della qualità del segnale sono consigliabili quando l’impianto è critico, il difetto è intermittente o l’intervento deve essere documentato.
Per costruttori di macchine, quadristi e manutentori, definire fin dall’inizio standard di cablaggio ripetibili riduce rilavorazioni e tempi di approvvigionamento. Shopindustria.it può supportare la scelta di cavi, connettori, pressacavi EMC, canaline e componenti per reti industriali in funzione di protocollo, ambiente e vincoli di installazione.
Una schermatura efficace non si riconosce soltanto dal materiale del cavo, ma dalla coerenza dell’intero percorso: componente corretto, contatto a 360 gradi, posa ordinata ed equipotenzialità verificata. È da questi dettagli che dipende la stabilità di una comunicazione quando la macchina lavora davvero.
