Varför kan paket gå förlorade på ett LAN? Det finns olika alternativ: reservationen är felaktigt konfigurerad, nätverket kan inte klara av belastningen eller LAN är "stormigt". Men orsaken ligger inte alltid i nätverkslagret.
Företaget Arktek LLC tillverkade automatiserade processtyrningssystem och videoövervakningssystem för Rasvumchorrsky-gruvan i Apatit JSC baserat på .
Det var problem i en del av nätverket. Mellan FL SWITCH 3012E-2FX omkopplare – och FL SWITCH 3006T-2FX – kommunikationskanalen var extremt instabil.
Enheterna kopplades med en kopparkabel i en kanal till en 6 kV strömkabel. Strömkabeln skapar ett starkt elektromagnetiskt fält som orsakar störningar. Konventionella industriomkopplare har inte tillräcklig brusimmunitet, så en del data gick förlorade.
När FL SWITCH 3012E-2FX-omkopplare installerades i båda ändar – , har anslutningen stabiliserats. Dessa omkopplare överensstämmer med IEC 61850-3. Del 3 av denna standard beskriver bland annat kraven på elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) för enheter som är installerade i elkraftverk och transformatorstationer.
Varför presterade switchar med förbättrad EMC bättre?
EMC - allmänna bestämmelser
Det visar sig att stabiliteten för dataöverföring på ett LAN påverkas inte bara av den korrekta konfigurationen av utrustningen och mängden data som överförs. Tappade paket eller en trasig switch kan orsakas av elektromagnetiska störningar: en radio som användes nära nätverksutrustning, en strömkabel i närheten eller en strömbrytare som öppnade kretsen under en kortslutning.
Radion, kabeln och switchen är källor till elektromagnetisk störning. Enhanced Electromagnetic Compatibility (EMC)-omkopplare är utformade för att fungera normalt när de utsätts för denna störning.
Det finns två typer av elektromagnetisk störning: induktiv och ledande.
Induktiv störning överförs genom det elektromagnetiska fältet "genom luften". Denna interferens kallas även utstrålad eller utstrålad störning.
Ledad störning överförs genom ledare: ledningar, jord, etc.
Induktiv störning uppstår när den utsätts för ett kraftfullt elektromagnetiskt eller magnetiskt fält. Ledad störning kan orsakas av omkopplingsströmkretsar, blixtnedslag, pulser etc.
Omkopplare, som all utrustning, kan påverkas av både induktivt och ledande brus.
Låt oss titta på de olika störningskällorna på en industrianläggning och vilken typ av störning de skapar.
Störningskällor
Radioemitterande enheter (walkie-talkies, mobiltelefoner, svetsutrustning, induktionsugnar, etc.)
Alla enheter avger ett elektromagnetiskt fält. Detta elektromagnetiska fält påverkar utrustning både induktivt och ledande.
Om fältet genereras tillräckligt starkt kan det skapa en ström i ledaren, vilket kommer att störa signalöverföringsprocessen. Mycket kraftiga störningar kan leda till att utrustningen stängs av. Sålunda uppträder en induktiv effekt.
Driftpersonal och säkerhetstjänster använder mobiltelefoner och walkie-talkies för att kommunicera med varandra. Stationära radio- och tv-sändare fungerar vid anläggningarna, Bluetooth- och WiFi-enheter är installerade på mobila installationer.
Alla dessa enheter är kraftfulla elektromagnetiska fältgeneratorer. För att fungera normalt i industriella miljöer måste därför omkopplare kunna tolerera elektromagnetiska störningar.
Den elektromagnetiska miljön bestäms av styrkan hos det elektromagnetiska fältet.
När man testar en omkopplare för motstånd mot de induktiva effekterna av elektromagnetiska fält, induceras ett fält på 10 V/m på omkopplaren. I detta fall måste omkopplaren vara fullt fungerande.
Alla ledare inuti switchen, såväl som alla kablar, är passiva mottagningsantenner. Radioemitterande enheter kan orsaka elektromagnetiska störningar i frekvensområdet 150 Hz till 80 MHz. Det elektromagnetiska fältet inducerar spänning i dessa ledare. Dessa spänningar orsakar i sin tur strömmar som skapar brus i switchen.
För att testa omkopplaren för ledande EMI-immunitet läggs spänning på dataportarna och strömportarna. GOST R 51317.4.6-99 ställer in ett spänningsvärde på 10 V för en hög nivå av elektromagnetisk strålning. I detta fall måste omkopplaren vara fullt fungerande.
Ström i kraftkablar, kraftledningar, jordningskretsar
Strömmen i kraftkablar, kraftledningar och jordningskretsar skapar ett magnetfält med industriell frekvens (50 Hz). Exponering för ett magnetfält skapar en ström i en sluten ledare, vilket är störningar.
Strömfrekvensens magnetfält är uppdelat i:
- magnetiskt fält med konstant och relativt låg intensitet orsakat av strömmar under normala driftsförhållanden;
- ett magnetfält med relativt hög intensitet orsakat av strömmar under nödsituationer, som verkar under en kort tid tills enheterna utlöses.
Vid testning av omkopplare för stabilitet av exponering för ett magnetfält med effektfrekvens appliceras ett fält på 100 A/m på den under en lång period och 1000 A/m under en period av 3 s. När de testas ska brytarna vara fullt fungerande.
Som jämförelse skapar en konventionell hushållsmikrovågsugn en magnetfältstyrka på upp till 10 A/m.
Blixtnedslag, nödsituationer i elnät
Blixtnedslag orsakar också störningar i nätverksutrustning. De håller inte länge, men deras magnitud kan nå flera tusen volt. Sådan störning kallas pulsad.
Pulsbrus kan appliceras på både switchens strömportar och dataportar. På grund av höga överspänningsvärden kan de både störa utrustningens funktion och helt bränna ut den.
Ett blixtnedslag är ett specialfall av impulsljud. Det kan klassificeras som högenergimikrosekundspulsbrus.
Ett blixtnedslag kan vara av olika slag: ett blixtnedslag till en extern spänningskrets, ett indirekt nedslag, ett nedslag mot marken.
När blixten slår ner i en extern spänningskrets uppstår störningar på grund av flödet av en stor urladdningsström genom den externa kretsen och jordningskretsen.
Ett indirekt blixtnedslag anses vara en blixtladdning mellan molnen. Vid sådana sammanstötningar alstras elektromagnetiska fält. De inducerar spänningar eller strömmar i ledarna i det elektriska systemet. Det är detta som orsakar störningar.
När blixten slår ner i marken flyter ström genom marken. Det kan skapa en potentiell skillnad i fordonets jordsystem.
Exakt samma störningar skapas genom att byta kondensatorbanker. Sådan växling är en växlingstransientprocess. Alla omkopplingstransienter orsakar högenergimikrosekundsimpulsbrus.
Snabba förändringar i spänning eller ström när skyddsanordningar fungerar kan också resultera i mikrosekundspulsbrus i interna kretsar.
För att testa omkopplaren för motstånd mot pulsbrus används speciella testpulsgeneratorer. Till exempel UCS 500N5. Denna generator levererar pulser med olika parametrar till switchportarna som testas. Pulsparametrar beror på utförda tester. De kan skilja sig åt i pulsform, utgångsresistans, spänning och exponeringstid.
Under mikrosekunders pulsbrusimmunitetstester appliceras 2 kV-pulser på strömportarna. För dataportar - 4 kV. Under detta test antas det att operationen kan avbrytas, men efter att störningen försvinner kommer den att återhämta sig av sig själv.
Omkoppling av reaktiva laster, "studsning" av reläkontakter, omkoppling vid likriktning av växelström
Olika kopplingsprocesser kan förekomma i ett elektriskt system: avbrott av induktiva belastningar, öppning av reläkontakter etc.
Sådana omkopplingsprocesser skapar också impulsljud. Deras varaktighet sträcker sig från en nanosekund till en mikrosekund. Sådant impulsbrus kallas nanosekundsimpulsbrus.
För att utföra tester skickas skurar av nanosekundpulser till switcharna. Pulser tillförs strömportarna och dataportarna.
Strömportarna matas med 2 kV pulser och dataportarna matas med 4 kV pulser.
Under nanosekunders burst-brustestning måste omkopplarna vara fullt fungerande.
Buller från industriell elektronisk utrustning, filter och kablar
Om omkopplaren är installerad nära kraftdistributionssystem eller kraftelektronisk utrustning kan obalanserade spänningar induceras i dem. Sådan störning kallas ledad elektromagnetisk störning.
De huvudsakliga källorna till utförd störning är:
- kraftdistributionssystem, inklusive DC och 50 Hz;
- kraftelektronisk utrustning.
Beroende på störningskällan är de indelade i två typer:
- konstant spänning och spänning med en frekvens på 50 Hz. Kortslutningar och andra störningar i distributionssystem genererar störningar vid grundfrekvensen;
- spänning i frekvensbandet från 15 Hz till 150 kHz. Sådan störning genereras vanligtvis av kraftelektroniska system.
För att testa switcharna matas ström- och dataportarna med en rms-spänning på 30V kontinuerligt och en rms-spänning på 300V i 1 s. Dessa spänningsvärden motsvarar den högsta graden av svårighetsgrad av GOST-tester.
Utrustningen måste motstå sådana påverkan om den installeras i en tuff elektromagnetisk miljö. Det kännetecknas av:
- enheterna som testas kommer att anslutas till lågspänningsnät och mellanspänningsledningar;
- enheter kommer att anslutas till jordningssystemet för högspänningsutrustning;
- strömomvandlare används som injicerar betydande strömmar i jordningssystemet.
Liknande förhållanden kan finnas på stationer eller transformatorstationer.
AC-spänningslikriktning vid laddning av batterier
Efter likriktning pulserar alltid utspänningen. Det vill säga spänningsvärdena ändras slumpmässigt eller periodiskt.
Om switchar drivs av DC-spänning kan stora spänningsrippel störa enheternas funktion.
Som regel använder alla moderna system speciella anti-aliasing-filter och nivån på rippel är inte hög. Men situationen förändras när batterier installeras i strömförsörjningssystemet. Vid laddning av batterier ökar krusningen.
Därför måste även möjligheten till sådana störningar beaktas.
Slutsats
Switchar med förbättrad elektromagnetisk kompatibilitet gör att du kan överföra data i tuffa elektromagnetiska miljöer. I exemplet med Rasvumchorr-gruvan i början av artikeln exponerades datakabeln för ett kraftfullt industriellt frekvensmagnetfält och ledde störningar i frekvensbandet från 0 till 150 kHz. Konventionella industriella switchar kunde inte klara av dataöverföring under sådana förhållanden och paket gick förlorade.
Omkopplare med förbättrad elektromagnetisk kompatibilitet kan fungera fullt ut när de utsätts för följande störningar:
- radiofrekventa elektromagnetiska fält;
- industriella frekvensmagnetiska fält;
- nanosekund impulsljud;
- högenergimikrosekundspulsbrus;
- ledd störning inducerad av radiofrekvent elektromagnetiskt fält;
- ledd störning i frekvensområdet från 0 till 150 kHz;
- DC-strömförsörjningsspänningsrippel.
Källa: will.com