Qu'est-ce qui peut entraîner la perte de paquets sur le LAN? Il existe différentes options: la redondance est mal configurée, le réseau ne peut pas faire face à la charge, ou le LAN "prend d'assaut". Mais la raison n'est pas toujours dans la couche réseau.
La société LLC N a fabriqué le système de contrôle de processus automatisé et les systèmes de vidéosurveillance de la mine de la société We Will Not Give Names sur la base des
commutateurs Phoenix Contact .
Il y avait des problèmes dans une section du réseau. Entre les commutateurs FL SWITCH 3012E-2FX -
2891120 et FL SWITCH 3006T-2FX -
2891036, le canal de communication était extrêmement instable.
Les appareils étaient connectés par un câble en cuivre posé dans un canal avec un câble d'alimentation de 6 kV. Le câble d'alimentation crée un puissant champ électromagnétique qui a provoqué des interférences. Les commutateurs industriels conventionnels n'ont pas une immunité au bruit suffisante, donc certaines des données ont été perdues.
Lorsque les commutateurs FL SWITCH 3012E-2FX -
2891120 ont été installés aux deux extrémités, la connexion s'est stabilisée. Ces commutateurs sont conformes à la CEI 61850-3. Entre autres, la partie 3 de cette norme décrit les exigences de compatibilité électromagnétique (CEM) des appareils installés dans les centrales électriques et les sous-stations.
Pourquoi les commutateurs avec EMC améliorée ont-ils mieux fonctionné?
EMC - Général
Il s'avère que la stabilité de la transmission de données dans un LAN est affectée non seulement par la configuration correcte de l'équipement et la quantité de données transférées. La cause de paquets manquants ou d'un interrupteur défectueux peut être une interférence électromagnétique: un talkie-walkie utilisé à côté d'un équipement réseau, un câble d'alimentation posé à proximité ou un interrupteur d'alimentation qui a ouvert le circuit lors d'un court-circuit.
Un talkie-walkie, un câble et un interrupteur sont des sources d'interférences électromagnétiques. Les commutateurs à compatibilité électromagnétique améliorée sont conçus pour fonctionner normalement lorsqu'ils sont exposés à ces interférences.
Il existe deux types d'interférences électromagnétiques: inductif et conducteur.
Le bruit inductif est transmis à travers le champ électromagnétique "dans l'air". Ces interférences sont également appelées rayonnées ou rayonnées.
Les interférences conduites sont transmises par les conducteurs: fils, terre, etc.
Des interférences inductives se produisent lorsqu'elles sont exposées à un puissant champ électromagnétique ou magnétique. La cause des interférences conduites peut être la commutation de circuits de courant, les coups de foudre, les impulsions, etc.
Les commutateurs, comme tous les équipements, peuvent être affectés par des interférences inductives et conduites.
Examinons les différentes sources d'interférence dans une installation industrielle et le type d'interférence qu'elles créent.
Sources d'interférence
Appareils émetteurs radio (talkies-walkies, téléphones portables, matériel de soudage, fours inductifs, etc.)Tout appareil émet un champ électromagnétique. Ce champ électromagnétique agit sur l'équipement à la fois par induction et par conductivité.
Si le champ est généré suffisamment fort, il peut créer un courant dans le conducteur, ce qui perturbera le processus de transmission du signal. Des interférences très puissantes peuvent entraîner l'arrêt de l'équipement. Ainsi, un effet inductif se manifeste.
Le personnel d'exploitation et les services de sécurité utilisent des téléphones portables, des talkies-walkies pour communiquer entre eux. Des émetteurs fixes de radio et de télévision fonctionnent dans les installations; des appareils Bluetooth et WiFi sont installés sur les installations mobiles.
Tous ces appareils sont de puissants générateurs de champ électromagnétique. Par conséquent, pour un fonctionnement normal dans un environnement industriel, les commutateurs doivent pouvoir tolérer les interférences électromagnétiques.
L'environnement électromagnétique est déterminé par l'intensité du champ électromagnétique.
Lors du test de l'immunité du commutateur aux champs électromagnétiques, un champ de 10 V / m est induit sur le commutateur. Dans ce cas, le commutateur doit fonctionner pleinement.
Tous les conducteurs à l'intérieur du commutateur, ainsi que tous les câbles, sont des antennes de réception passives. Les appareils radio-émetteurs peuvent provoquer des interférences électromagnétiques dans la gamme de fréquences de 150 Hz à 80 MHz. Un champ électromagnétique induit des tensions dans ces conducteurs. Ces tensions, à leur tour, provoquent des courants qui interfèrent avec l'interrupteur.
Pour tester l'immunité du commutateur aux interférences électromagnétiques conduites, une tension est appliquée aux ports de données et aux ports d'alimentation. GOST R 51317.4.6-99 définit la valeur de tension de 10 V pour un niveau élevé de rayonnement électromagnétique. Dans ce cas, le commutateur doit fonctionner pleinement.
Courant dans les câbles d'alimentation, les lignes électriques, les circuits de masse
Le courant dans les câbles électriques, les lignes électriques, les circuits de masse crée un champ magnétique de fréquence industrielle (50 Hz). L'influence d'un champ magnétique crée un courant dans un conducteur fermé, qui est un obstacle.
Le champ magnétique de fréquence industrielle est divisé en:
- champ magnétique d'intensité constante et relativement faible provoqué par des courants dans des conditions de fonctionnement normales;
- un champ magnétique relativement élevé provoqué par des courants dans des conditions d'urgence, agissant brièvement jusqu'au déclenchement des appareils.
Lors du test des interrupteurs pour la stabilité de l'influence d'un champ magnétique de fréquence industrielle, un champ de 100 A / m pendant une longue période et de 1000 A / m pendant une période de 3 s lui est fourni. Lors de la vérification, les interrupteurs doivent être pleinement opérationnels.
A titre de comparaison, un four à micro-ondes domestique classique crée un champ magnétique pouvant atteindre 10 A / m.
Coups de foudre, conditions d'urgence dans les réseaux électriques
Les coups de foudre interfèrent également avec l'équipement du réseau. Ils ne durent pas longtemps, mais leur taille peut atteindre plusieurs milliers de volts. Une telle interférence est appelée pulsée.
Le bruit impulsif peut être appliqué aux ports d'alimentation du commutateur et aux ports de transmission de données. En raison des valeurs élevées de surtension, ils peuvent à la fois perturber le fonctionnement de l'équipement et le brûler complètement.
La foudre est un cas particulier de bruit impulsif. Il peut être attribué au bruit pulsé microseconde de haute énergie.
Un coup de foudre peut être de différents types: un coup de foudre dans un circuit de tension externe, un coup indirect, un coup dans le sol.
Lorsque la foudre frappe le circuit de tension externe, des interférences se produisent en raison du grand courant de décharge qui traverse le circuit externe et le circuit de masse.
Un coup de foudre indirect est la décharge de la foudre entre les nuages. Lors de tels chocs, des champs électromagnétiques se forment. Ils induisent des tensions ou des courants dans les conducteurs d'un système électrique. Cela provoque des interférences.
Lorsque la foudre frappe le sol, le courant passe à travers le sol. Cela peut créer une différence potentielle dans le système de mise à la terre du véhicule.
Exactement la même interférence crée des batteries de condensateurs de commutation. Une telle commutation est un transitoire de commutation. Tous les transitoires de commutation provoquent des interférences pulsées microsecondes de haute énergie.
Des changements rapides de tension ou de courant lorsqu'ils sont déclenchés par des dispositifs de protection peuvent également conduire à la formation de bruit pulsé en microsecondes dans les circuits internes.
Pour tester l'immunité au bruit d'impulsion du commutateur, des générateurs d'impulsions de test spéciaux sont utilisés. Par exemple, UCS 500N5. Ce générateur fournit des impulsions de divers paramètres aux ports de commutation testés. Les paramètres des impulsions dépendent des tests effectués. Ils peuvent varier en forme d'impulsion, résistance de sortie, tension, temps d'exposition.
Pendant les tests de résistance aux interférences d'impulsions microsecondes, des impulsions de 2 kV sont fournies aux ports d'alimentation. Ports de données - 4 kV. Avec cette vérification, on suppose que l'opération peut être interrompue, mais après la disparition de l'interférence, elle peut être restaurée indépendamment.
Commutation des charges réactives, "rebond" des contacts de relais, commutation lors de la rectification AC
Dans le système électrique, divers processus de commutation peuvent se produire: interruptions de charges inductives, ouverture des contacts de relais, etc.
De tels processus de commutation créent également un bruit impulsif. Leur durée est d'une nanoseconde à une microseconde. Un tel bruit impulsionnel est appelé bruit impulsionnel nanoseconde.
Pour les tests, des paquets d'impulsions nanosecondes sont envoyés aux commutateurs. Les impulsions sont envoyées aux ports d'alimentation et aux ports de données.
Des impulsions de 2 kV sont fournies aux ports d'alimentation et 4 kV aux ports de données.
Lors des tests des effets du bruit impulsionnel nanoseconde, les commutateurs doivent être pleinement opérationnels.
Diaphonie à partir d'équipements électroniques industriels, filtres et câbles
Lorsque le commutateur est installé à proximité de systèmes de distribution d'énergie ou d'équipements électroniques de puissance, des tensions asymétriques peuvent y être induites. Ces micros sont appelés interférences électromagnétiques conduites.
Les principales sources d'interférences conduites sont:
- les systèmes de distribution d'énergie, y compris le courant continu et une fréquence de 50 Hz;
- équipement électronique de puissance.
Selon la source, l'interférence est divisée en deux types:
- tension constante et fréquence de tension de 50 Hz. Les courts-circuits et autres dysfonctionnements dans les systèmes de distribution génèrent des interférences à la fréquence fondamentale;
- tension dans la gamme de fréquences de 15 Hz à 150 kHz. Ces interférences sont généralement générées par des systèmes électroniques de puissance.
Pour tester les commutateurs, la tension de fonctionnement de 30 V est appliquée en continu aux ports d'alimentation et de transmission de données et la tension effective de 300 V pendant 1 s. Ces valeurs de tension correspondent au degré de rigidité le plus élevé des tests GOST.
L'équipement doit résister à de tels effets s'il est installé dans un environnement électromagnétique sévère. Il se caractérise par:
- les appareils testés seront connectés à des réseaux électriques basse tension et à des lignes moyenne tension;
- les appareils seront connectés au système de mise à la terre des équipements haute tension;
- des convertisseurs de puissance sont utilisés pour injecter des courants importants dans le système de mise à la terre.
Des conditions similaires peuvent être trouvées dans les stations ou sous-stations.
Rectification de la tension alternative lors de la charge des batteries
Après rectification, la tension de sortie palpite toujours. C'est-à-dire que les valeurs de tension changent de façon aléatoire ou périodique.
Si les commutateurs sont alimentés par une tension continue, une tension d'ondulation importante peut perturber le fonctionnement des appareils.
En règle générale, tous les systèmes modernes utilisent des filtres de lissage spéciaux et le niveau d'ondulation n'est pas important. Mais la situation change lorsque des piles sont installées dans le système d'alimentation. Lors de la charge des batteries, l'ondulation augmente.
Par conséquent, il est également nécessaire de prendre en compte la possibilité d'une telle interférence.
Conclusion
Les commutateurs à compatibilité électromagnétique améliorée permettent la transmission de données dans des environnements électromagnétiques difficiles. Dans l'exemple de la mine, au début de l'article, le câble de données était exposé à un puissant champ magnétique de fréquence industrielle et conduisait du bruit dans la bande de fréquences de 0 à 150 kHz. Les commutateurs industriels conventionnels ne pouvaient pas faire face au transfert de données dans de telles conditions et les paquets ont été perdus.
Les commutateurs avec une compatibilité électromagnétique améliorée peuvent fonctionner pleinement lorsqu'ils sont exposés aux interférences suivantes:
- champs électromagnétiques radiofréquence;
- champs magnétiques de fréquence industrielle;
- bruit impulsionnel nanoseconde;
- bruit pulsé microseconde de haute énergie;
- bruit conduit induit par un champ électromagnétique radiofréquence;
- interférences conduites dans la gamme de fréquences de 0 à 150 kHz;
- tension d'ondulation alimentation CC.