Per què es poden perdre paquets en una LAN? Hi ha diferents opcions: la reserva està configurada incorrectament, la xarxa no pot fer front a la càrrega o la LAN és "tormentosa". Però el motiu no sempre rau en la capa de xarxa.
L'empresa Arktek LLC va fabricar sistemes de control de processos automatitzats i sistemes de videovigilància per a la mina Rasvumchorrsky d'Apatit JSC basats en .
Hi va haver problemes en una part de la xarxa. Entre els interruptors FL SWITCH 3012E-2FX - i FL SWITCH 3006T-2FX – el canal de comunicació era extremadament inestable.
Els dispositius estaven connectats mitjançant un cable de coure col·locat en un canal a un cable d'alimentació de 6 kV. El cable d'alimentació crea un camp electromagnètic fort, que provoca interferències. Els interruptors industrials convencionals no tenen suficient immunitat al soroll, de manera que es van perdre algunes dades.
Quan els interruptors FL SWITCH 3012E-2FX es van instal·lar als dos extrems, , la connexió s'ha estabilitzat. Aquests interruptors compleixen la norma IEC 61850-3. Entre altres coses, la part 3 d'aquesta norma descriu els requisits de compatibilitat electromagnètica (EMC) per als dispositius que s'instal·len a les centrals i subestacions elèctriques.
Per què els interruptors amb EMC millorat funcionen millor?
EMC - disposicions generals
Resulta que l'estabilitat de la transmissió de dades en una LAN es veu afectada no només per la configuració correcta de l'equip i la quantitat de dades transferides. Els paquets caigudes o un interruptor trencat poden ser causats per interferències electromagnètiques: una ràdio que es va utilitzar a prop d'equips de xarxa, un cable d'alimentació col·locat a prop o un interruptor d'alimentació que va obrir el circuit durant un curtcircuit.
La ràdio, el cable i l'interruptor són fonts d'interferències electromagnètiques. Els interruptors de compatibilitat electromagnètica millorada (EMC) estan dissenyats per funcionar amb normalitat quan s'exposen a aquestes interferències.
Hi ha dos tipus d'interferències electromagnètiques: inductives i conduïdes.
La interferència inductiva es transmet a través del camp electromagnètic "a través de l'aire". Aquesta interferència també s'anomena interferència radiada o radiada.
Les interferències conduïdes es transmeten a través de conductors: cables, terra, etc.
La interferència inductiva es produeix quan s'exposa a un camp electromagnètic o magnètic potent. Les interferències conduïdes poden ser causades per circuits de corrent de commutació, llamps, polsos, etc.
Els interruptors, com tots els equips, es poden veure afectats tant pel soroll inductiu com pel conduït.
Vegem les diferents fonts d'interferència en una instal·lació industrial i quin tipus d'interferència creen.
Fonts d'interferència
Dispositius emissors de ràdio (walkie-talkies, telèfons mòbils, equips de soldadura, forns d'inducció, etc.)
Qualsevol dispositiu emet un camp electromagnètic. Aquest camp electromagnètic afecta els equips tant de manera inductiva com conductora.
Si el camp es genera prou fort, pot crear un corrent al conductor, que interromprà el procés de transmissió del senyal. Una interferència molt forta pot provocar l'aturada de l'equip. Així, apareix un efecte inductiu.
El personal operatiu i els serveis de seguretat utilitzen telèfons mòbils i walkie-talkies per comunicar-se entre ells. Els transmissors de ràdio i televisió estacionaris funcionen a les instal·lacions; els dispositius Bluetooth i WiFi s'instal·len a les instal·lacions mòbils.
Tots aquests dispositius són potents generadors de camps electromagnètics. Per tant, per funcionar amb normalitat en entorns industrials, els interruptors han de ser capaços de tolerar interferències electromagnètiques.
L'entorn electromagnètic està determinat per la força del camp electromagnètic.
Quan es prova un interruptor per a la resistència als efectes inductius dels camps electromagnètics, s'indueix un camp de 10 V/m a l'interruptor. En aquest cas, l'interruptor ha de ser totalment funcional.
Tots els conductors dins de l'interruptor, així com qualsevol cable, són antenes receptores passives. Els dispositius emissors de ràdio poden causar interferències electromagnètiques conduïdes en el rang de freqüències de 150 Hz a 80 MHz. El camp electromagnètic indueix tensió en aquests conductors. Aquests voltatges al seu torn provoquen corrents, que generen soroll a l'interruptor.
Per provar l'interruptor per a la immunitat EMI conduïda, s'aplica tensió als ports de dades i als ports d'alimentació. GOST R 51317.4.6-99 estableix un valor de tensió de 10 V per a un alt nivell de radiació electromagnètica. En aquest cas, l'interruptor ha de ser totalment funcional.
Corrent en cables d'alimentació, línies elèctriques, circuits de connexió a terra
El corrent en els cables d'alimentació, les línies elèctriques i els circuits de connexió a terra crea un camp magnètic de freqüència industrial (50 Hz). L'exposició a un camp magnètic crea un corrent en un conductor tancat, que és una interferència.
El camp magnètic de freqüència de potència es divideix en:
- camp magnètic d'intensitat constant i relativament baixa causat per corrents en condicions normals de funcionament;
- un camp magnètic d'intensitat relativament alta provocat per corrents en condicions d'emergència, actuant durant un curt període de temps fins que s'accionen els dispositius.
Quan es proveu els interruptors per determinar l'estabilitat de l'exposició a un camp magnètic de freqüència de potència, se li aplica un camp de 100 A/m durant un període llarg i 1000 A/m durant un període de 3 s. Quan es proveu, els interruptors haurien de ser completament funcionals.
Com a comparació, un forn de microones domèstic convencional crea una intensitat de camp magnètic de fins a 10 A/m.
Llamps, condicions d'emergència en xarxes elèctriques
Els llamps també provoquen interferències en els equips de xarxa. No duren gaire, però la seva magnitud pot arribar a diversos milers de volts. Aquesta interferència s'anomena polsada.
El soroll de pols es pot aplicar tant als ports d'alimentació de l'interruptor com als ports de dades. A causa dels alts valors de sobretensió, tant poden interrompre el funcionament de l'equip com cremar-lo completament.
Un llamp és un cas especial de soroll d'impuls. Es pot classificar com a soroll de pols de microsegons d'alta energia.
Un llamp pot ser de diferents tipus: un llamp a un circuit de tensió extern, un cop indirecte, un cop a terra.
Quan un llamp colpeja un circuit de tensió extern, es produeix una interferència a causa del flux d'un gran corrent de descàrrega a través del circuit extern i el circuit de connexió a terra.
Un llamp indirecte es considera una descàrrega de llamps entre núvols. Durant aquests impactes, es generen camps electromagnètics. Indueixen tensions o corrents en els conductors del sistema elèctric. Això és el que provoca interferències.
Quan el llamp colpeja el terra, el corrent flueix pel terra. Pot crear una diferència de potencial en el sistema de connexió a terra del vehicle.
Es crea exactament la mateixa interferència canviant bancs de condensadors. Aquest canvi és un procés transitori de commutació. Tots els transitoris de commutació provoquen un soroll d'impuls de microsegons d'alta energia.
Els canvis ràpids de tensió o corrent quan funcionen els dispositius de protecció també poden provocar un soroll de pols de microsegons als circuits interns.
Per provar l'interruptor de resistència al soroll de pols, s'utilitzen generadors de polsos de prova especials. Per exemple, UCS 500N5. Aquest generador subministra polsos de diversos paràmetres als ports de commutació que s'estan provant. Els paràmetres del pols depenen de les proves realitzades. Poden diferir en la forma del pols, la resistència de sortida, la tensió i el temps d'exposició.
Durant les proves d'immunitat al soroll de pols de microsegons, s'apliquen polsos de 2 kV als ports d'alimentació. Per a ports de dades - 4 kV. Durant aquesta prova, se suposa que l'operació es pot interrompre, però després de desaparèixer la interferència, es recuperarà per si sola.
Commutat de càrregues reactives, "rebot" dels contactes del relé, commutació en rectificar el corrent altern
En un sistema elèctric es poden produir diferents processos de commutació: interrupcions de càrregues inductives, obertura de contactes de relé, etc.
Aquests processos de commutació també generen soroll d'impuls. La seva durada oscil·la entre un nanosegon i un microsegon. Aquest soroll d'impuls s'anomena soroll d'impuls de nanosegons.
Per dur a terme les proves, s'envien ràfegues de polsos de nanosegons als interruptors. Els polsos es subministren als ports d'alimentació i als ports de dades.
Els ports d'alimentació es subministren amb polsos de 2 kV i els ports de dades es subministren amb polsos de 4 kV.
Durant les proves de soroll de ràfega de nanosegons, els interruptors han de ser completament funcionals.
Soroll dels equips electrònics industrials, filtres i cables
Si l'interruptor s'instal·la a prop de sistemes de distribució d'energia o d'equips electrònics d'alimentació, es poden induir tensions desequilibrades. Aquesta interferència s'anomena interferència electromagnètica conduïda.
Les principals fonts d'interferència conduïda són:
- sistemes de distribució d'energia, inclosos DC i 50 Hz;
- equips electrònics de potència.
Segons la font d'interferència, es divideixen en dos tipus:
- tensió constant i tensió amb una freqüència de 50 Hz. Els curtcircuits i altres pertorbacions en els sistemes de distribució generen interferències a la freqüència fonamental;
- tensió a la banda de freqüència de 15 Hz a 150 kHz. Aquestes interferències solen ser generades pels sistemes electrònics de potència.
Per provar els commutadors, els ports d'alimentació i de dades es subministren amb una tensió rms de 30 V contínuament i una tensió rms de 300 V durant 1 s. Aquests valors de tensió corresponen al grau més alt de gravetat de les proves GOST.
L'equip ha de suportar aquestes influències si s'instal·la en un entorn electromagnètic dur. Es caracteritza per:
- els aparells en prova es connectaran a xarxes elèctriques de baixa tensió i línies de mitjana tensió;
- els dispositius es connectaran al sistema de connexió a terra dels equips d'alta tensió;
- S'utilitzen convertidors de potència que injecten corrents importants al sistema de connexió a terra.
Condicions similars es poden trobar a les estacions o subestacions.
Rectificació de la tensió CA quan es carreguen bateries
Després de la rectificació, la tensió de sortida sempre pulsa. És a dir, els valors de voltatge canvien de manera aleatòria o periòdica.
Si els interruptors s'alimenten amb tensió de CC, les grans ondulacions de tensió poden interrompre el funcionament dels dispositius.
Com a regla general, tots els sistemes moderns utilitzen filtres anti-aliasing especials i el nivell de ondulació no és alt. Però la situació canvia quan s'instal·len les bateries al sistema d'alimentació. Quan es carreguen bateries, la ondulació augmenta.
Per tant, també s'ha de tenir en compte la possibilitat d'aquesta interferència.
Conclusió
Els interruptors amb compatibilitat electromagnètica millorada us permeten transferir dades en entorns electromagnètics durs. En l'exemple de la mina Rasvumchorr al principi de l'article, el cable de dades estava exposat a un potent camp magnètic de freqüència industrial i va conduir interferències a la banda de freqüència de 0 a 150 kHz. Els commutadors industrials convencionals no podien fer front a la transmissió de dades en aquestes condicions i es van perdre paquets.
Els interruptors amb compatibilitat electromagnètica millorada poden funcionar completament quan s'exposen a les interferències següents:
- camps electromagnètics de radiofreqüència;
- camps magnètics de freqüència industrial;
- soroll d'impuls de nanosegons;
- soroll de pols de microsegons d'alta energia;
- interferència conduïda induïda pel camp electromagnètic de radiofreqüència;
- interferència conduïda en el rang de freqüències de 0 a 150 kHz;
- Onda de tensió d'alimentació de CC.
Font: www.habr.com