¿Qué puede causar la pérdida de paquetes en la LAN? Hay diferentes opciones: la redundancia está configurada incorrectamente, la red no puede hacer frente a la carga o la LAN está "asaltando". Pero la razón no siempre está en la capa de red.
La compañía LLC N creó el sistema automatizado de control de procesos y los sistemas de videovigilancia de la mina de la compañía No daremos nombres basados en
interruptores Phoenix Contact .
Hubo problemas en una sección de la red. Entre los conmutadores FL SWITCH 3012E-2FX -
2891120 y FL SWITCH 3006T-2FX -
2891036, el canal de comunicación era extremadamente inestable.
Los dispositivos estaban conectados por un cable de cobre tendido en un canal con un cable de alimentación de 6 kV. El cable de alimentación crea un potente campo electromagnético que ha causado interferencias. Los interruptores industriales convencionales no tienen suficiente inmunidad al ruido, por lo que se perdieron algunos de los datos.
Cuando se instalaron los interruptores FL SWITCH 3012E-2FX -
2891120 en ambos extremos, la conexión se estabilizó. Estos interruptores cumplen con IEC 61850-3. Entre otras cosas, la parte 3 de este estándar describe los requisitos para la compatibilidad electromagnética (EMC) de los dispositivos instalados en plantas de energía y subestaciones.
¿Por qué los conmutadores con EMC mejorado funcionan mejor?
EMC - General
Resulta que la estabilidad de la transmisión de datos en una LAN se ve afectada no solo por la configuración correcta del equipo y la cantidad de datos transferidos. La causa de la falta de paquetes o de un interruptor fallido puede ser una interferencia electromagnética: un walkie-talkie que se utilizó junto al equipo de red, un cable de alimentación tendido cerca o un interruptor de alimentación que abrió el circuito durante un cortocircuito.
Un walkie-talkie, un cable y un interruptor son fuentes de interferencia electromagnética. Los interruptores con compatibilidad electromagnética mejorada están diseñados para funcionar normalmente cuando se exponen a esta interferencia.
Hay dos tipos de interferencia electromagnética: inductiva y conductiva.
El ruido inductivo se transmite a través del campo electromagnético "a través del aire". Estas interferencias también se denominan radiadas o radiadas.
La interferencia conducida se transmite a través de conductores: cables, tierra, etc.
La interferencia inductiva ocurre cuando se expone a un poderoso campo electromagnético o magnético. La causa de la interferencia conducida puede ser la conmutación de circuitos de corriente, rayos, pulsos, etc.
Los interruptores, como todos los equipos, pueden verse afectados por interferencias inductivas y conducidas.
Veamos las diferentes fuentes de interferencia en una instalación industrial y qué tipo de interferencia crean.
Fuentes de interferencia
Dispositivos emisores de radio (walkie-talkies, teléfonos móviles, equipos de soldadura, hornos inductivos, etc.)Cualquier dispositivo emite un campo electromagnético. Este campo electromagnético actúa sobre el equipo tanto de manera inductiva como conductiva.
Si el campo se genera lo suficientemente fuerte, puede crear una corriente en el conductor, lo que interrumpirá el proceso de transmisión de la señal. Una interferencia muy poderosa puede provocar que el equipo se apague. Por lo tanto, se manifiesta un efecto inductivo.
El personal operativo y los servicios de seguridad utilizan teléfonos móviles, walkie-talkies para comunicarse entre sí. Los transmisores fijos de radio y televisión funcionan en las instalaciones; los dispositivos Bluetooth y WiFi están instalados en instalaciones móviles.
Todos estos dispositivos son potentes generadores de campos electromagnéticos. Por lo tanto, para un funcionamiento normal en un entorno industrial, los interruptores deben ser capaces de tolerar interferencias electromagnéticas.
El entorno electromagnético está determinado por la intensidad del campo electromagnético.
Cuando se prueba la inmunidad del interruptor a los campos electromagnéticos, se induce un campo de 10 V / m en el interruptor. En este caso, el interruptor debe funcionar completamente.
Cualquier conductor dentro del interruptor, así como todos los cables, son antenas de recepción pasivas. Los dispositivos emisores de radio pueden causar interferencia electromagnética en el rango de frecuencia de 150 Hz a 80 MHz. Un campo electromagnético induce voltajes en estos conductores. Estos voltajes, a su vez, causan corrientes que interfieren con el interruptor.
Para probar la inmunidad del interruptor a la interferencia electromagnética conducida, se aplica voltaje a los puertos de datos y puertos de alimentación. GOST R 51317.4.6-99 establece el valor de voltaje de 10 V para un alto nivel de radiación electromagnética. En este caso, el interruptor debe funcionar completamente.
Corriente en cables de alimentación, líneas de alimentación, circuitos de tierra.
La corriente en los cables de alimentación, líneas de alimentación, circuitos de tierra crea un campo magnético de frecuencia industrial (50 Hz). La influencia de un campo magnético crea una corriente en un conductor cerrado, lo cual es un obstáculo.
El campo magnético de frecuencia industrial se divide en:
- campo magnético de intensidad constante y relativamente baja causada por corrientes en condiciones normales de funcionamiento;
- un campo magnético relativamente alto causado por corrientes en condiciones de emergencia, que actúa brevemente hasta que se activan los dispositivos.
Al probar los interruptores para determinar la estabilidad de la influencia de un campo magnético de frecuencia industrial, se le suministra un campo de 100 A / m durante un período prolongado y 1000 A / m durante un período de 3 s. Durante la verificación, los interruptores deben estar completamente operativos.
A modo de comparación, un horno de microondas doméstico convencional crea un campo magnético de hasta 10 A / m.
Rayos, condiciones de emergencia en redes eléctricas.
Los rayos también interfieren con el equipo de la red. No duran mucho, pero su tamaño puede alcanzar varios miles de voltios. Dicha interferencia se llama pulsada.
El ruido de impulso se puede aplicar a los puertos de alimentación del conmutador y a los puertos de transmisión de datos. Debido a los altos valores de sobretensión, pueden interrumpir el funcionamiento del equipo y quemarlo por completo.
El rayo es un caso especial de ruido impulsivo. Se puede atribuir al ruido pulsado de microsegundos de alta energía.
Un rayo puede ser de varios tipos: un rayo en un circuito de voltaje externo, un rayo indirecto, un rayo en el suelo.
Cuando cae un rayo sobre el circuito de voltaje externo, se produce interferencia debido a la gran corriente de descarga que fluye a través del circuito externo y el circuito de tierra.
Un rayo indirecto es la descarga de un rayo entre las nubes. Durante tales choques, se forman campos electromagnéticos. Inducen voltajes o corrientes en los conductores de un sistema eléctrico. Esto causa interferencia.
Cuando un rayo cae al suelo, la corriente fluye a través del suelo. Puede crear una diferencia potencial en el sistema de puesta a tierra del vehículo.
Exactamente la misma interferencia crea bancos de condensadores de conmutación. Tal cambio es un cambio transitorio. Todos los transitorios de conmutación causan interferencia pulsada de microsegundos de alta energía.
Los cambios rápidos en el voltaje o la corriente cuando son activados por dispositivos de protección también pueden conducir a la formación de ruido pulsado de microsegundos en los circuitos internos.
Para probar el interruptor para la inmunidad al ruido de impulso, se utilizan generadores de pulso de prueba especiales. Por ejemplo, UCS 500N5. Este generador suministra pulsos de varios parámetros a los puertos de conmutación probados. Los parámetros de los pulsos dependen de las pruebas realizadas. Pueden variar en forma de pulso, resistencia de salida, voltaje, tiempo de exposición.
Durante las pruebas de resistencia a la interferencia de pulso de microsegundos, se suministran pulsos de 2 kV a los puertos de alimentación. Puertos de datos - 4 kV. Con esta verificación, se supone que la operación puede interrumpirse, pero después de la desaparición de la interferencia, puede recuperarse por sí sola.
Conmutación de cargas reactivas, "rebote" de contactos de relé, conmutación al rectificar CA
En el sistema eléctrico, pueden ocurrir varios procesos de conmutación: interrupciones de cargas inductivas, apertura de contactos de relé, etc.
Tales procesos de conmutación también crean ruido impulsivo. Su duración es de un nanosegundo a un microsegundo. Tal ruido de impulso se llama ruido de impulso de nanosegundos.
Para las pruebas, se envían paquetes de pulsos de nanosegundos a los conmutadores. Los pulsos se alimentan a los puertos de alimentación y puertos de datos.
Se suministran pulsos de 2 kV a los puertos de alimentación y 4 kV a los puertos de datos.
Durante las pruebas de los efectos del ruido de impulso en nanosegundos, los interruptores deben estar completamente operativos.
Diafonía de equipos electrónicos industriales, filtros y cables.
Cuando el interruptor se instala cerca de sistemas de distribución de energía o equipos electrónicos de potencia, se pueden inducir voltajes asimétricos en ellos. Dichas pastillas se llaman interferencia electromagnética conducida.
Las principales fuentes de interferencia conducida son:
- sistemas de distribución de energía, que incluyen corriente continua y una frecuencia de 50 Hz;
- Equipos electrónicos de potencia.
Dependiendo de la fuente, la interferencia se divide en dos tipos:
- Tensión constante y frecuencia de tensión de 50 Hz. Los cortocircuitos y otros fallos en los sistemas de distribución generan interferencia a la frecuencia fundamental;
- voltaje en el rango de frecuencia de 15 Hz a 150 kHz. Dicha interferencia generalmente es generada por sistemas electrónicos de potencia.
Para probar los interruptores, la tensión de funcionamiento de 30 V se aplica continuamente a los puertos de transmisión de energía y datos y la tensión efectiva de 300 V durante 1 s. Estos valores de voltaje corresponden al mayor grado de rigidez de las pruebas GOST.
El equipo debe soportar tales efectos si se instala en un entorno electromagnético hostil. Se caracteriza por:
- los dispositivos probados se conectarán a redes eléctricas de baja tensión y líneas de media tensión;
- los dispositivos se conectarán al sistema de puesta a tierra de equipos de alto voltaje;
- Se utilizan convertidores de potencia que inyectan corrientes significativas en el sistema de puesta a tierra.
Se pueden encontrar condiciones similares en estaciones o subestaciones.
Rectificación de voltaje de CA al cargar baterías
Después de la rectificación, el voltaje de salida siempre pulsa. Es decir, los valores de voltaje cambian aleatoria o periódicamente.
Si los interruptores están alimentados por voltaje de CC, entonces un voltaje de ondulación grande puede interrumpir el funcionamiento de los dispositivos.
Como regla general, todos los sistemas modernos usan filtros de suavizado especiales y el nivel de ondulación no es grande. Pero la situación cambia cuando se instalan baterías en el sistema de suministro de energía. Al cargar las baterías, aumenta la ondulación.
Por lo tanto, también es necesario tener en cuenta la posibilidad de dicha interferencia.
Conclusión
Los interruptores con compatibilidad electromagnética mejorada permiten que los datos se transmitan en entornos electromagnéticos hostiles. En el ejemplo de la mina, al comienzo del artículo, el cable de datos estaba expuesto a un potente campo magnético de frecuencia industrial y conducía ruido en la banda de frecuencia de 0 a 150 kHz. Los conmutadores industriales convencionales no pudieron hacer frente a la transferencia de datos en tales condiciones y los paquetes se perdieron.
Los interruptores con compatibilidad electromagnética mejorada pueden funcionar completamente cuando se exponen a la siguiente interferencia:
- campos electromagnéticos de radiofrecuencia;
- campos magnéticos de frecuencia industrial;
- ruido de impulso de nanosegundos;
- ruido pulsado de microsegundos de alta energía;
- ruido conducido inducido por un campo electromagnético de radiofrecuencia;
- interferencia conducida en el rango de frecuencia de 0 a 150 kHz;
- Ondulación de tensión de corriente continua.