Was kann dazu führen, dass Pakete im LAN verloren gehen? Es gibt verschiedene Optionen: Redundanz ist falsch konfiguriert, das Netzwerk kann die Last nicht bewältigen oder das LAN "stürmt". Der Grund liegt jedoch nicht immer in der Netzwerkschicht.
Das Unternehmen LLC N hat das automatisierte Prozesssteuerungssystem und die Videoüberwachungssysteme der Mine des Unternehmens We Will Not Not Names basierend auf
Phoenix Contact-Schaltern hergestellt .
In einem Abschnitt des Netzwerks gab es Probleme. Zwischen den Schaltern FL SWITCH 3012E-2FX -
2891120 und FL SWITCH 3006T-2FX -
2891036 war der Kommunikationskanal äußerst instabil.
Die Geräte wurden über ein in einem Kanal verlegtes Kupferkabel mit einem 6-kV-Stromkabel verbunden. Das Stromkabel erzeugt ein starkes elektromagnetisches Feld, das Störungen verursacht hat. Herkömmliche industrielle Switches weisen keine ausreichende Störfestigkeit auf, sodass einige Daten verloren gingen.
Als die Schalter FL SWITCH 3012E-2FX -
2891120 an beiden Enden installiert wurden, stabilisierte sich die Verbindung. Diese Schalter entsprechen der IEC 61850-3. Teil 3 dieser Norm beschreibt unter anderem die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von Geräten, die in Kraftwerken und Umspannwerken installiert sind.
Warum haben Switches mit verbesserter EMV eine bessere Leistung erbracht?
EMV - Allgemein
Es stellt sich heraus, dass die Stabilität der Datenübertragung in einem LAN nicht nur durch die korrekte Konfiguration des Geräts und die übertragene Datenmenge beeinflusst wird. Die Ursache für fehlende Pakete oder einen ausgefallenen Switch kann eine elektromagnetische Störung sein: ein Walkie-Talkie, das neben Netzwerkgeräten verwendet wurde, ein in der Nähe verlegtes Netzkabel oder ein Netzschalter, der den Stromkreis während eines Kurzschlusses öffnete.
Ein Walkie-Talkie, ein Kabel und ein Schalter sind Quellen elektromagnetischer Störungen. Schalter mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit funktionieren normal, wenn sie diesen Störungen ausgesetzt sind.
Es gibt zwei Arten von elektromagnetischen Störungen: induktive und leitende.
Induktives Rauschen wird durch das elektromagnetische Feld "durch die Luft" übertragen. Diese Störungen werden auch als abgestrahlt oder abgestrahlt bezeichnet.
Übertragene Störungen werden über Leiter übertragen: Drähte, Erde usw.
Induktive Interferenzen treten auf, wenn sie einem starken elektromagnetischen oder magnetischen Feld ausgesetzt werden. Die Ursache für leitungsgebundene Störungen können Schaltkreise, Blitzeinschläge, Impulse usw. sein.
Schalter können wie alle Geräte sowohl von induktiven als auch von leitungsgebundenen Störungen betroffen sein.
Schauen wir uns die verschiedenen Störquellen in einer Industrieanlage an und welche Art von Störungen sie verursachen.
Störquellen
Funkgeräte (Walkie-Talkies, Mobiltelefone, Schweißgeräte, Induktionsöfen usw.)Jedes Gerät sendet ein elektromagnetisches Feld aus. Dieses elektromagnetische Feld wirkt sowohl induktiv als auch leitend auf das Gerät.
Wenn das Feld stark genug erzeugt wird, kann es im Leiter einen Strom erzeugen, der den Signalübertragungsprozess stört. Sehr starke Störungen können dazu führen, dass Geräte ausgeschaltet werden. Somit manifestiert sich ein induktiver Effekt.
Bedienpersonal und Sicherheitsdienste verwenden Mobiltelefone und Walkie-Talkies, um miteinander zu kommunizieren. Stationäre Radio- und Fernsehsender arbeiten in den Einrichtungen, Bluetooth- und WiFi-Geräte sind in mobilen Installationen installiert.
Alle diese Geräte sind leistungsstarke Generatoren für elektromagnetische Felder. Für den normalen Betrieb in einer industriellen Umgebung müssen Schalter daher in der Lage sein, elektromagnetische Störungen zu tolerieren.
Die elektromagnetische Umgebung wird durch die Intensität des elektromagnetischen Feldes bestimmt.
Beim Testen des Schalters auf Störfestigkeit gegen elektromagnetische Felder wird am Schalter ein Feld von 10 V / m induziert. In diesem Fall muss der Schalter voll funktionsfähig sein.
Alle Leiter im Schalter sowie alle Kabel sind passive Empfangsantennen. Funkgeräte können elektromagnetische Störungen im Frequenzbereich von 150 Hz bis 80 MHz verursachen. Ein elektromagnetisches Feld induziert Spannungen in diesen Leitern. Diese Spannungen verursachen wiederum Ströme, die den Schalter stören.
Um den Schalter auf Störfestigkeit gegen leitungsgebundene elektromagnetische Störungen zu testen, werden die Daten- und Stromanschlüsse mit Spannung versorgt. GOST R 51317.4.6-99 stellt den Spannungswert von 10 V für eine hohe elektromagnetische Strahlung ein. In diesem Fall muss der Schalter voll funktionsfähig sein.
Strom in Stromkabeln, Stromleitungen, Erdungskreisen
Der Strom in Stromkabeln, Stromleitungen und Erdungskreisen erzeugt ein Magnetfeld mit industrieller Frequenz (50 Hz). Der Einfluss eines Magnetfeldes erzeugt einen Strom in einem geschlossenen Leiter, der ein Hindernis darstellt.
Das Magnetfeld der Industriefrequenz ist unterteilt in:
- Magnetfeld konstanter und relativ geringer Intensität, verursacht durch Ströme unter normalen Betriebsbedingungen;
- Ein relativ hohes Magnetfeld, das durch Ströme unter Notfallbedingungen verursacht wird und kurz wirkt, bis die Geräte ausgelöst werden.
Bei der Prüfung der Schalter auf Stabilität des Einflusses eines Magnetfeldes industrieller Frequenz wird ihm ein Feld von 100 A / m über einen langen Zeitraum und 1000 A / m über einen Zeitraum von 3 s zugeführt. Während der Überprüfung müssen die Schalter voll funktionsfähig sein.
Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Haushaltsmikrowellenherd erzeugt ein Magnetfeld von bis zu 10 A / m.
Blitzeinschläge, Notfälle in elektrischen Netzen
Blitzeinschläge beeinträchtigen auch die Netzwerkausrüstung. Sie halten nicht lange, aber ihre Größe kann mehrere tausend Volt erreichen. Eine solche Störung wird als gepulst bezeichnet.
Impulsrauschen kann an die Stromanschlüsse des Switches und an die Datenübertragungsanschlüsse angelegt werden. Aufgrund der hohen Überspannungswerte können beide die Funktion des Geräts stören und es vollständig verbrennen.
Blitzeinschlag ist ein Sonderfall von Impulsgeräuschen. Dies kann auf ein gepulstes Mikrosekundenrauschen hoher Energie zurückgeführt werden.
Ein Blitzschlag kann von verschiedener Art sein: ein Blitzschlag in einen externen Spannungskreis, ein indirekter Schlag, ein Schlag in den Boden.
Wenn ein Blitz auf den externen Spannungskreis trifft, treten Störungen aufgrund des großen Entladungsstroms auf, der durch den externen Stromkreis und den Erdungskreis fließt.
Ein indirekter Blitzschlag ist die Entladung eines Blitzes zwischen den Wolken. Während solcher Stöße bilden sich elektromagnetische Felder. Sie induzieren Spannungen oder Ströme in den Leitern eines elektrischen Systems. Dies führt zu Störungen.
Wenn ein Blitz auf den Boden trifft, fließt Strom durch den Boden. Dies kann zu einer Potentialdifferenz im Erdungssystem des Fahrzeugs führen.
Genau die gleiche Interferenz erzeugt Schaltkondensatorbänke. Ein solches Schalten ist ein Schalttransient. Alle Schalttransienten verursachen gepulste Mikrosekundenstörungen hoher Energie.
Schnelle Änderungen der Spannung oder des Stroms bei Auslösung durch Schutzvorrichtungen können auch zur Bildung von gepulsten Mikrosekundenrauschen in internen Schaltkreisen führen.
Um den Schalter auf Impulsrauschfestigkeit zu testen, werden spezielle Testimpulsgeneratoren verwendet. Zum Beispiel UCS 500N5. Dieser Generator liefert Impulse verschiedener Parameter an die getesteten Switch-Ports. Die Parameter der Impulse hängen von den durchgeführten Tests ab. Sie können in Pulsform, Ausgangswiderstand, Spannung und Belichtungszeit variieren.
Bei Tests auf Beständigkeit gegen Impulsstörungen im Mikrosekundenbereich werden den Stromanschlüssen 2-kV-Impulse zugeführt. Datenports - 4 kV. Bei dieser Überprüfung wird angenommen, dass der Betrieb unterbrochen werden kann, sich jedoch nach dem Verschwinden der Störung von selbst erholen kann.
Schalten von Blindlasten, "Abprallen" von Relaiskontakten, Schalten beim Gleichrichten von Wechselstrom
In der elektrischen Anlage können verschiedene Schaltvorgänge auftreten: Unterbrechungen induktiver Lasten, Öffnen von Relaiskontakten usw.
Solche Schaltvorgänge erzeugen auch Impulsrauschen. Ihre Dauer beträgt eine Nanosekunde bis eine Mikrosekunde. Ein solches Impulsrauschen wird als Nanosekunden-Impulsrauschen bezeichnet.
Zum Testen werden Pakete von Nanosekundenimpulsen den Schaltern zugeführt. Impulse werden den Stromanschlüssen und Datenanschlüssen zugeführt.
2 kV-Impulse werden an die Stromanschlüsse und 4 kV an die Datenanschlüsse geliefert.
Bei Tests auf die Auswirkungen von Nanosekunden-Impulsrauschen müssen die Schalter voll funktionsfähig sein.
Übersprechen von industriellen elektronischen Geräten, Filtern und Kabeln
Wenn der Schalter in der Nähe von Stromverteilungssystemen oder leistungselektronischen Geräten installiert wird, können in ihnen asymmetrische Spannungen induziert werden. Solche Aufnehmer werden als leitungsgebundene elektromagnetische Interferenz bezeichnet.
Die Hauptquellen für leitungsgebundene Störungen sind:
- Stromverteilungssysteme, einschließlich Gleichstrom und einer Frequenz von 50 Hz;
- Leistungselektronische Geräte.
Je nach Quelle wird die Störung in zwei Typen unterteilt:
- konstante Spannung und Spannungsfrequenz von 50 Hz. Kurzschlüsse und andere Störungen in Verteilungssystemen erzeugen Störungen bei der Grundfrequenz.
- Spannung im Frequenzbereich von 15 Hz bis 150 kHz. Solche Störungen werden normalerweise von leistungselektronischen Systemen erzeugt.
Zum Testen der Schalter wird die Betriebsspannung von 30 V kontinuierlich an die Stromversorgungs- und Datenübertragungsports und die effektive Spannung von 300 V für 1 s angelegt. Diese Spannungswerte entsprechen dem höchsten Steifigkeitsgrad der GOST-Tests.
Geräte müssen solchen Effekten standhalten, wenn sie in einer rauen elektromagnetischen Umgebung installiert werden. Es zeichnet sich aus durch:
- Die getesteten Geräte werden an Niederspannungsnetze und Mittelspannungsleitungen angeschlossen.
- Geräte werden an das Erdungssystem von Hochspannungsgeräten angeschlossen;
- Es werden Stromrichter verwendet, die erhebliche Ströme in das Erdungssystem einspeisen.
Ähnliche Bedingungen finden sich an Stationen oder Umspannwerken.
Gleichspannung beim Laden von Batterien
Nach der Gleichrichtung pulsiert die Ausgangsspannung immer. Das heißt, die Spannungswerte ändern sich zufällig oder periodisch.
Wenn die Schalter mit Gleichspannung betrieben werden, kann eine große Welligkeitsspannung den Betrieb der Geräte stören.
In der Regel verwenden alle modernen Systeme spezielle Glättungsfilter, und die Welligkeit ist nicht groß. Die Situation ändert sich jedoch, wenn Batterien in das Stromversorgungssystem eingelegt werden. Beim Laden der Batterien nimmt die Welligkeit zu.
Daher ist es auch notwendig, die Möglichkeit einer solchen Störung zu berücksichtigen.
Fazit
Schalter mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit ermöglichen die Übertragung von Daten in rauen elektromagnetischen Umgebungen. Im Minenbeispiel wurde das Datenkabel zu Beginn des Artikels einem starken Magnetfeld mit industrieller Frequenz ausgesetzt und leitete Rauschen im Frequenzband von 0 bis 150 kHz. Herkömmliche industrielle Switches konnten die Datenübertragung unter solchen Bedingungen nicht bewältigen, und Pakete gingen verloren.
Schalter mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit können bei folgenden Störungen voll funktionsfähig sein:
- hochfrequente elektromagnetische Felder;
- Magnetfelder industrieller Frequenz;
- Nanosekunden-Impulsrauschen;
- gepulstes Mikrosekundenrauschen hoher Energie;
- durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld induziertes Rauschen;
- leitungsgebundene Störungen im Frequenzbereich von 0 bis 150 kHz;
- Welligkeitsspannung Gleichstrom.