O que pode causar a perda de pacotes na LAN? Existem opções diferentes: a redundância está configurada incorretamente, a rede não pode lidar com a carga ou a LAN está "invadindo". Mas o motivo nem sempre está na camada de rede.
A empresa LLC N criou o sistema automatizado de controle de processo e os sistemas de vigilância por vídeo da mina da empresa Nós não daremos nomes com base nos
comutadores da Phoenix Contact .
Houve problemas em uma seção da rede. Entre os comutadores FL SWITCH 3012E-2FX -
2891120 e FL SWITCH 3006T-2FX -
2891036, o canal de comunicação era extremamente instável.
Os dispositivos foram conectados por um cabo de cobre colocado em um canal com um cabo de energia de 6 kV. O cabo de alimentação cria um poderoso campo eletromagnético que causou interferência. Os comutadores industriais convencionais não têm imunidade a ruído suficiente, portanto, alguns dados foram perdidos.
Quando os interruptores FL SWITCH 3012E-2FX -
2891120 foram instalados nas duas extremidades, a conexão estabilizou. Esses comutadores estão em conformidade com a IEC 61850-3. Entre outras coisas, a parte 3 desta norma descreve os requisitos para compatibilidade eletromagnética (EMC) de dispositivos que são instalados em usinas e subestações.
Por que os switches com o EMC aprimorado tiveram melhor desempenho?
EMC - Geral
Acontece que a estabilidade da transmissão de dados em uma LAN é afetada não apenas pela configuração correta do equipamento e pela quantidade de dados transferidos. A causa da falta de pacotes ou falha de um comutador pode ser a interferência eletromagnética: um walkie-talkie usado próximo ao equipamento de rede, um cabo de energia instalado nas proximidades ou um comutador de energia que abriu o circuito durante um curto-circuito.
Um walkie-talkie, cabo e switch são fontes de interferência eletromagnética. Os interruptores com compatibilidade eletromagnética aprimorada foram projetados para operar normalmente quando expostos a essa interferência.
Existem dois tipos de interferência eletromagnética: indutiva e condutora.
O ruído indutivo é transmitido através do campo eletromagnético "através do ar". Essas interferências também são chamadas de radiação ou radiação.
A interferência conduzida é transmitida através de condutores: fios, terra, etc.
A interferência indutiva ocorre quando exposta a um poderoso campo eletromagnético ou magnético. A causa da interferência conduzida pode ser a comutação de circuitos de corrente, relâmpagos, pulsos, etc.
Os interruptores, como todos os equipamentos, podem ser afetados por interferências indutivas e conduzidas.
Vejamos as diferentes fontes de interferência em uma instalação industrial e que tipo de interferência elas criam.
Fontes de interferência
Dispositivos emissores de rádio (walkie-talkies, telefones celulares, equipamentos de solda, fornos indutivos etc.)Qualquer dispositivo emite um campo eletromagnético. Esse campo eletromagnético atua no equipamento de forma indutiva e condutiva.
Se o campo for gerado suficientemente forte, ele poderá criar uma corrente no condutor, o que interromperá o processo de transmissão do sinal. Interferências muito poderosas podem causar o desligamento do equipamento. Assim, um efeito indutivo é manifestado.
O pessoal operacional e os serviços de segurança usam telefones celulares e walkie-talkies para se comunicarem. Transmissores fixos de rádio e televisão funcionam nas instalações; dispositivos Bluetooth e WiFi são instalados em instalações móveis.
Todos esses dispositivos são poderosos geradores de campo eletromagnético. Portanto, para operação normal em um ambiente industrial, os switches precisam tolerar interferências eletromagnéticas.
O ambiente eletromagnético é determinado pela intensidade do campo eletromagnético.
Ao testar a chave quanto à imunidade a campos eletromagnéticos, um campo de 10 V / m é induzido na chave. Nesse caso, o interruptor deve funcionar totalmente.
Todos os condutores dentro do switch, assim como todos os cabos, são antenas de recepção passiva. Os dispositivos emissores de rádio podem causar interferência eletromagnética na faixa de frequência de 150 Hz a 80 MHz. Um campo eletromagnético induz tensões nesses condutores. Essas tensões, por sua vez, causam correntes que interferem no interruptor.
Para testar a imunidade do switch à interferência eletromagnética conduzida, a tensão é aplicada às portas de dados e de energia. GOST R 51317.4.6-99 define o valor da tensão de 10 V para um alto nível de radiação eletromagnética. Nesse caso, o interruptor deve funcionar totalmente.
Corrente em cabos de energia, linhas de energia, circuitos de aterramento
A corrente nos cabos de energia, linhas de energia e circuitos de terra cria um campo magnético de frequência industrial (50 Hz). A influência de um campo magnético cria uma corrente em um condutor fechado, o que é um obstáculo.
O campo magnético da frequência industrial é dividido em:
- campo magnético de intensidade constante e relativamente baixa causado por correntes em condições normais de operação;
- um campo magnético relativamente alto causado por correntes em condições de emergência, agindo brevemente até que os dispositivos sejam acionados.
Ao testar os interruptores quanto à estabilidade da influência de um campo magnético de frequência industrial, é fornecido um campo de 100 A / m por um longo período e 1000 A / m por um período de 3 s. Durante a verificação, os comutadores devem estar totalmente operacionais.
Para comparação, um forno de microondas doméstico convencional cria um campo magnético de até 10 A / m.
Relâmpagos, condições de emergência em redes elétricas
Relâmpagos também interferem nos equipamentos de rede. Eles não duram muito, mas seu tamanho pode chegar a vários milhares de volts. Essa interferência é chamada de pulsado.
O ruído de impulso pode ser aplicado às portas de energia do comutador e às portas de transmissão de dados. Devido aos altos valores de sobretensão, eles podem atrapalhar o funcionamento do equipamento e queima-lo completamente.
O relâmpago é um caso especial de ruído de impulso. Pode ser atribuído ao ruído pulsado de microssegundos de alta energia.
Um relâmpago pode ser de vários tipos: um relâmpago em um circuito de tensão externa, um golpe indireto, um golpe no chão.
Quando um raio atinge o circuito de tensão externa, ocorre interferência devido à grande corrente de descarga que flui através do circuito externo e do circuito de aterramento.
Um raio indireto é a descarga de um raio entre as nuvens. Durante esses choques, os campos eletromagnéticos se formam. Eles induzem tensões ou correntes nos condutores de um sistema elétrico. Isso causa interferência.
Quando um raio atinge o solo, a corrente flui através do solo. Isso pode criar uma diferença potencial no sistema de aterramento do veículo.
Exatamente a mesma interferência cria bancos de capacitores de comutação. Essa comutação é um transitório de comutação. Todos os transientes de comutação causam interferência pulsada de microssegundos de alta energia.
Mudanças rápidas de tensão ou corrente quando acionadas por dispositivos de proteção também podem levar à formação de ruído pulsado de microssegundos em circuitos internos.
Para testar a chave quanto à imunidade a ruídos de impulso, são utilizados geradores de pulsos de teste especiais. Por exemplo, UCS 500N5. Este gerador fornece pulsos de vários parâmetros para as portas de switch testadas. Os parâmetros dos pulsos dependem dos testes realizados. Eles podem variar em forma de pulso, resistência de saída, tensão, tempo de exposição.
Durante os testes de resistência à interferência de pulso de microssegundos, pulsos de 2 kV são fornecidos às portas de energia. Portas de dados - 4 kV. Com esta verificação, assume-se que a operação pode ser interrompida, mas após o desaparecimento da interferência, ela pode se recuperar por conta própria.
Comutação de cargas reativas, "ressalto" dos contatos do relé, comutação ao retificar CA
No sistema elétrico, vários processos de comutação podem ocorrer: interrupções de cargas indutivas, abertura de contatos de relé, etc.
Tais processos de comutação também criam ruído de impulso. Sua duração é de um nanossegundo a um microssegundo. Esse ruído de impulso é chamado de ruído de impulso de nanossegundos.
Para o teste, pacotes de pulsos em nanossegundos são alimentados aos comutadores. Os pulsos são alimentados nas portas de energia e de dados.
Os pulsos de 2 kV são fornecidos às portas de energia e 4 kV às portas de dados.
Durante os testes dos efeitos do ruído de impulso em nanossegundos, os comutadores devem estar totalmente operacionais.
Diafonia de equipamentos eletrônicos industriais, filtros e cabos
Quando o comutador é instalado próximo a sistemas de distribuição de energia ou equipamentos eletrônicos de potência, podem ser induzidas tensões assimétricas. Esses captadores são chamados de interferência eletromagnética conduzida.
As principais fontes de interferência conduzida são:
- sistemas de distribuição de energia, incluindo corrente contínua e frequência de 50 Hz;
- equipamentos eletrônicos de potência.
Dependendo da fonte, a interferência é dividida em dois tipos:
- tensão constante e frequência de tensão de 50 Hz. Curtos-circuitos e outras avarias nos sistemas de distribuição geram interferência na frequência fundamental;
- tensão na faixa de frequências de 15 Hz a 150 kHz. Essa interferência é geralmente gerada por sistemas eletrônicos de potência.
Para testar os comutadores, a tensão operacional de 30 V é aplicada continuamente nas portas de transmissão de energia e dados e a tensão efetiva de 300 V por 1 s. Esses valores de tensão correspondem ao mais alto grau de rigidez dos testes GOST.
O equipamento deve suportar esses efeitos se for instalado em um ambiente eletromagnético severo. É caracterizado por:
- os dispositivos testados serão conectados a redes elétricas de baixa tensão e linhas de média tensão;
- os dispositivos serão conectados ao sistema de aterramento dos equipamentos de alta tensão;
- conversores de potência são usados para injetar correntes significativas no sistema de aterramento.
Condições semelhantes podem ser encontradas em estações ou subestações.
Retificação de tensão CA ao carregar baterias
Após a retificação, a tensão de saída sempre pulsa. Ou seja, os valores de tensão mudam aleatoriamente ou periodicamente.
Se os comutadores forem alimentados por tensão CC, uma grande tensão de ondulação poderá atrapalhar a operação dos dispositivos.
Como regra, todos os sistemas modernos usam filtros de suavização especiais e o nível de ondulação não é grande. Mas a situação muda quando as baterias são instaladas no sistema de fonte de alimentação. Ao carregar as baterias, a ondulação aumenta.
Portanto, também é necessário levar em consideração a possibilidade de tal interferência.
Conclusão
Switches com compatibilidade eletromagnética aprimorada permitem que os dados sejam transmitidos em ambientes eletromagnéticos adversos. No exemplo da mina, no início do artigo, o cabo de dados foi exposto a um poderoso campo magnético de frequência industrial e conduziu ruído na faixa de frequências de 0 a 150 kHz. Os comutadores industriais convencionais não conseguiam lidar com a transferência de dados nessas condições e os pacotes eram perdidos.
Switches com compatibilidade eletromagnética aprimorada podem funcionar totalmente quando expostos à seguinte interferência:
- campos eletromagnéticos de radiofrequência;
- campos magnéticos de frequência industrial;
- ruído de impulso em nanossegundos;
- ruído pulsado de microssegundos de alta energia;
- ruído conduzido induzido por um campo eletromagnético de radiofrequência;
- interferência conduzida na faixa de frequências de 0 a 150 kHz;
- tensão DC ondulação.