چرا بسته ها می توانند در یک LAN گم شوند؟ گزینه های مختلفی وجود دارد: رزرو به درستی پیکربندی نشده است، شبکه نمی تواند با بار مقابله کند، یا LAN "طوفانی" است. اما دلیل آن همیشه در لایه شبکه نیست.
شرکت Arktek LLC سیستم های کنترل فرآیند خودکار و سیستم های نظارت تصویری را برای معدن Rasvumchorrsky Apatit JSC بر اساس .
در بخشی از شبکه مشکلاتی وجود داشت. بین سوئیچ های FL SWITCH 3012E-2FX – و FL SWITCH 3006T-2FX – کانال ارتباطی به شدت ناپایدار بود.
دستگاه ها توسط یک کابل مسی که در یک کانال گذاشته شده بود به یک کابل برق 6 کیلو ولت متصل می شدند. کابل برق یک میدان الکترومغناطیسی قدرتمند ایجاد می کند که باعث تداخل می شود. سوئیچ های صنعتی معمولی از ایمنی کافی در برابر نویز برخوردار نیستند، بنابراین برخی از داده ها از بین رفت.
هنگامی که سوئیچ های FL SWITCH 3012E-2FX در هر دو انتها نصب شد - ، اتصال تثبیت شده است. این سوئیچ ها مطابق با استاندارد IEC 61850-3 هستند. از جمله، قسمت 3 این استاندارد الزامات سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) را برای دستگاه هایی که در نیروگاه ها و پست های برق نصب می شوند، توضیح می دهد.
چرا سوئیچ های دارای EMC بهبودیافته عملکرد بهتری داشتند؟
EMC - مقررات عمومی
به نظر می رسد که ثبات انتقال داده در یک LAN نه تنها تحت تأثیر پیکربندی صحیح تجهیزات و مقدار داده های منتقل شده قرار می گیرد. افتادن بسته‌ها یا سوئیچ شکسته می‌تواند ناشی از تداخل الکترومغناطیسی باشد: رادیویی که در نزدیکی تجهیزات شبکه استفاده می‌شد، کابل برقی که در نزدیکی قرار داشت، یا سوئیچ برقی که مدار را در طول یک اتصال کوتاه باز می‌کرد.
رادیو، کابل و سوئیچ منابع تداخل الکترومغناطیسی هستند. سوئیچ های سازگاری الکترومغناطیسی پیشرفته (EMC) طوری طراحی شده اند که وقتی در معرض این تداخل قرار می گیرند به طور عادی کار کنند.
دو نوع تداخل الکترومغناطیسی وجود دارد: القایی و هدایتی.
تداخل القایی از طریق میدان الکترومغناطیسی "از طریق هوا" منتقل می شود. به این تداخل، تداخل تابشی یا تشعشعی نیز می گویند.
تداخل هدایت شده از طریق هادی ها منتقل می شود: سیم، زمین و غیره.
تداخل القایی زمانی رخ می دهد که در معرض یک میدان الکترومغناطیسی یا مغناطیسی قوی قرار گیرد. تداخل هدایت شده می تواند در اثر مدارهای جریان سوئیچینگ، صاعقه، پالس ها و غیره ایجاد شود.
سوئیچ ها، مانند همه تجهیزات، می توانند تحت تأثیر نویز القایی و هدایت شونده قرار گیرند.
بیایید به منابع مختلف تداخل در یک تاسیسات صنعتی و نوع تداخل آنها نگاه کنیم.
منابع تداخل
دستگاه های رادیویی (واکی تاکی، تلفن همراه، تجهیزات جوشکاری، کوره های القایی و غیره)
هر وسیله ای یک میدان الکترومغناطیسی ساطع می کند. این میدان الکترومغناطیسی بر تجهیزات هم به صورت القایی و هم به صورت رسانا تأثیر می گذارد.
اگر میدان به اندازه کافی قوی تولید شود، می تواند جریانی را در هادی ایجاد کند که فرآیند انتقال سیگنال را مختل می کند. تداخل بسیار قوی می تواند منجر به خاموش شدن تجهیزات شود. بنابراین، یک اثر القایی ظاهر می شود.
پرسنل عملیاتی و سرویس های امنیتی از تلفن های همراه و واکی تاکی برای برقراری ارتباط با یکدیگر استفاده می کنند. فرستنده‌های رادیویی و تلویزیونی ثابت در تأسیسات کار می‌کنند؛ دستگاه‌های بلوتوث و وای‌فای بر روی تأسیسات تلفن همراه نصب می‌شوند.
همه این دستگاه ها مولدهای میدان الکترومغناطیسی قدرتمندی هستند. بنابراین، برای عملکرد عادی در محیط های صنعتی، سوئیچ ها باید بتوانند تداخل الکترومغناطیسی را تحمل کنند.
محیط الکترومغناطیسی با شدت میدان الکترومغناطیسی تعیین می شود.
هنگام آزمایش یک کلید برای مقاومت در برابر اثرات القایی میدان های الکترومغناطیسی، میدان 10 ولت بر متر بر روی کلید القا می شود. در این حالت سوئیچ باید کاملاً کار کند.
هر هادی داخل سوئیچ و همچنین هر کابلی، آنتن گیرنده غیرفعال هستند. دستگاه های رادیویی ممکن است باعث تداخل الکترومغناطیسی هدایت شده در محدوده فرکانس 150 هرتز تا 80 مگاهرتز شوند. میدان الکترومغناطیسی باعث القای ولتاژ در این هادی ها می شود. این ولتاژها به نوبه خود باعث ایجاد جریان هایی می شوند که باعث ایجاد نویز در کلید می شود.
برای تست سوئیچ برای مصونیت EMI هدایت شده، ولتاژ به پورت های داده و پورت های برق اعمال می شود. GOST R 51317.4.6-99 مقدار ولتاژ 10 ولت را برای سطح بالایی از تابش الکترومغناطیسی تعیین می کند. در این حالت سوئیچ باید کاملاً کار کند.
جریان در کابل های برق، خطوط برق، مدارهای زمین
جریان در کابل های برق، خطوط برق و مدارهای اتصال زمین، میدان مغناطیسی فرکانس صنعتی (50 هرتز) ایجاد می کند. قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی جریانی را در یک هادی بسته ایجاد می کند که تداخل است.
میدان مغناطیسی فرکانس توان به دو دسته تقسیم می شود:
- میدان مغناطیسی با شدت ثابت و نسبتا کم ناشی از جریان در شرایط عملیاتی عادی؛
- یک میدان مغناطیسی با شدت نسبتاً بالا ناشی از جریانات در شرایط اضطراری که برای مدت کوتاهی عمل می کند تا زمانی که دستگاه ها فعال شوند.
هنگام آزمایش سوئیچ ها برای پایداری قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی فرکانس توان، میدانی 100 A/m برای یک دوره طولانی و 1000 A/m برای یک دوره 3 ثانیه روی آن اعمال می شود. هنگام آزمایش، سوئیچ ها باید کاملاً عملکردی داشته باشند.
برای مقایسه، یک اجاق مایکروویو خانگی معمولی قدرت میدان مغناطیسی تا 10 A/m ایجاد می کند.
صاعقه، شرایط اضطراری در شبکه های برق
صاعقه همچنین باعث تداخل در تجهیزات شبکه می شود. آنها دوام زیادی ندارند، اما قدر آنها می تواند به چندین هزار ولت برسد. چنین تداخلی پالس نامیده می شود.
نویز پالس را می توان هم در پورت های برق سوئیچ و هم در پورت های داده اعمال کرد. به دلیل مقادیر بالای ولتاژ، هم می توانند عملکرد تجهیزات را مختل کنند و هم آن را کاملاً بسوزانند.
برخورد صاعقه یک مورد خاص از نویز ضربه ای است. می توان آن را به عنوان نویز پالس میکروثانیه ای با انرژی بالا طبقه بندی کرد.
صاعقه می تواند انواع مختلفی داشته باشد: برخورد صاعقه به مدار ولتاژ خارجی، برخورد غیر مستقیم، برخورد به زمین.
هنگامی که صاعقه به یک مدار ولتاژ خارجی برخورد می کند، تداخل به دلیل جریان یک جریان تخلیه بزرگ از مدار خارجی و مدار زمین ایجاد می شود.
رعد و برق غیرمستقیم به عنوان تخلیه صاعقه بین ابرها در نظر گرفته می شود. در طول چنین ضربه هایی، میدان های الکترومغناطیسی ایجاد می شود. آنها ولتاژ یا جریان را در هادی های سیستم الکتریکی القا می کنند. این همان چیزی است که باعث تداخل می شود.
هنگامی که رعد و برق به زمین برخورد می کند، جریان از زمین عبور می کند. این می تواند یک تفاوت پتانسیل در سیستم اتصال زمین خودرو ایجاد کند.
دقیقاً همین تداخل با سوئیچینگ بانک های خازن ایجاد می شود. چنین سوئیچینگ یک فرآیند گذرا سوئیچینگ است. همه سوئیچینگ های گذرا باعث ایجاد نویز ضربه ای میکروثانیه ای با انرژی بالا می شوند.
تغییرات سریع ولتاژ یا جریان در هنگام کارکرد دستگاه های محافظ نیز می تواند منجر به نویز پالس میکروثانیه ای در مدارهای داخلی شود.
برای تست مقاومت سوئیچ در برابر نویز پالس، از ژنراتورهای پالس تست مخصوص استفاده می شود. به عنوان مثال، UCS 500N5. این ژنراتور پالس هایی از پارامترهای مختلف را به پورت های سوئیچ تحت آزمایش عرضه می کند. پارامترهای پالس به آزمایش های انجام شده بستگی دارد. آنها می توانند در شکل پالس، مقاومت خروجی، ولتاژ و زمان نوردهی متفاوت باشند.
در طول تست های ایمنی نویز پالس میکروثانیه، پالس های 2 کیلو ولت به پورت های برق اعمال می شود. برای پورت های داده - 4 کیلو ولت. در طول این آزمایش، فرض بر این است که ممکن است عملیات قطع شود، اما پس از از بین رفتن تداخل، خود به خود بهبود می یابد.
تعویض بارهای راکتیو، "جهش" کنتاکت های رله، سوئیچینگ هنگام اصلاح جریان متناوب
فرآیندهای سوئیچینگ مختلف می تواند در یک سیستم الکتریکی رخ دهد: قطع بارهای القایی، باز شدن کنتاکت های رله و غیره.
چنین فرآیندهای سوئیچینگ نیز نویز ضربه ای ایجاد می کند. مدت زمان آنها از یک نانوثانیه تا یک میکروثانیه متغیر است. چنین نویز ضربه ای نویز ضربه ای نانوثانیه نامیده می شود.
برای انجام آزمایش ها، انفجارهای پالس نانوثانیه ای به سوییچ ها ارسال می شود. پالس ها به پورت های برق و پورت های داده عرضه می شوند.
پورت های برق با پالس های 2 کیلو ولت و پورت های داده با پالس های 4 کیلو ولت عرضه می شوند.
در طول آزمایش نویز انفجاری نانوثانیه، سوئیچ ها باید کاملاً عملکردی داشته باشند.
نویز ناشی از تجهیزات الکترونیکی صنعتی، فیلترها و کابل ها
اگر سوئیچ در نزدیکی سیستم های توزیع برق یا تجهیزات الکترونیکی قدرت نصب شود، ممکن است ولتاژهای نامتعادل به آنها القا شود. چنین تداخلی تداخل الکترومغناطیسی هدایت شده نامیده می شود.
منابع اصلی تداخل انجام شده عبارتند از:
- سیستم های توزیع برق، از جمله DC و 50 هرتز؛
- تجهیزات الکترونیکی قدرت
بسته به منبع تداخل، آنها به دو نوع تقسیم می شوند:
- ولتاژ ثابت و ولتاژ با فرکانس 50 هرتز. مدارهای کوتاه و سایر اختلالات در سیستم های توزیع تداخل در فرکانس اصلی ایجاد می کنند.
- ولتاژ در باند فرکانس از 15 هرتز تا 150 کیلوهرتز. چنین تداخلی معمولاً توسط سیستم های الکترونیکی قدرت ایجاد می شود.
برای تست سوئیچ ها، پورت های برق و داده با ولتاژ rms 30 ولت به طور مداوم و ولتاژ rms 300 ولت برای 1 ثانیه عرضه می شوند. این مقادیر ولتاژ مربوط به بالاترین درجه شدت آزمایشات GOST است.
اگر تجهیزات در محیط های الکترومغناطیسی خشن نصب شوند، باید چنین تأثیراتی را تحمل کنند. مشخصه آن:
- دستگاه های تحت آزمایش به شبکه های برق فشار ضعیف و خطوط فشار متوسط متصل خواهند شد.
- دستگاه ها به سیستم زمین تجهیزات ولتاژ بالا متصل خواهند شد.
- مبدل های قدرت استفاده می شود که جریان های قابل توجهی را به سیستم زمین تزریق می کند.
شرایط مشابهی را می توان در ایستگاه ها یا ایستگاه های فرعی یافت.
اصلاح ولتاژ AC هنگام شارژ باتری ها
پس از یکسوسازی، ولتاژ خروجی همیشه ضربان دارد. یعنی مقادیر ولتاژ به صورت تصادفی یا دوره ای تغییر می کند.
اگر سوئیچ ها با ولتاژ DC تغذیه شوند، امواج ولتاژ بزرگ می تواند عملکرد دستگاه ها را مختل کند.
به عنوان یک قاعده، همه سیستم های مدرن از فیلترهای ضد آلیاژ ویژه استفاده می کنند و سطح ریپل زیاد نیست. اما وقتی باتری ها در سیستم منبع تغذیه نصب می شوند وضعیت تغییر می کند. هنگام شارژ باتری ها، موج افزایش می یابد.
بنابراین، احتمال چنین تداخلی نیز باید در نظر گرفته شود.
نتیجه
سوئیچ هایی با سازگاری الکترومغناطیسی بهبود یافته به شما امکان می دهند داده ها را در محیط های الکترومغناطیسی خشن منتقل کنید. در مثال معدن Rasvumchorr در ابتدای مقاله، کابل داده در معرض یک میدان مغناطیسی فرکانس صنعتی قدرتمند قرار گرفت و تداخلی را در باند فرکانسی از 0 تا 150 کیلوهرتز انجام داد. سوئیچ های صنعتی معمولی در چنین شرایطی نمی توانستند با انتقال داده ها کنار بیایند و بسته ها از بین رفتند.
سوئیچ هایی با سازگاری الکترومغناطیسی بهبودیافته می توانند زمانی که در معرض تداخل زیر قرار گیرند به طور کامل کار کنند:
- میدان های الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی؛
- میدان مغناطیسی فرکانس صنعتی؛
- نویز ضربه ای نانوثانیه؛
- نویز پالس میکروثانیه با انرژی بالا؛
- تداخل انجام شده ناشی از میدان الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی.
- تداخل انجام شده در محدوده فرکانس از 0 تا 150 کیلوهرتز؛
- ریپل ولتاژ منبع تغذیه DC.
منبع: www.habr.com