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工业以太网布线中的电磁干扰抑制
发布时间:2021-06-28文章来源:明辰智航

虽然以太网的标准装置和工业装置具有许多相同的特性,如帧大小、信号电平和数据速率,但也存在显著差异。其中之一是布线系统运行的物理环境。

 

国际标准TIA1005ISO 11801:3详细说明了通常所说的工业以太网布线系统的M.I.C.E.要求。”“M”表示机械环境-电缆可能会受到严重的机械力,如冲击或被压碎或重复弯曲等常见情况“I”代表“入口”,说明连接器需要能够阻止液体、灰尘和气溶胶从可能损坏敏感电子设备的区域进入。“C”是指恶劣的温度、湿度和可能损坏办公室级电缆的化学品。

 

这就把我们带到了E”,它指的是电磁干扰和静电放电。电机驱动器、电焊工和感应加热器等设备是产生电磁噪声最严重的设备,这些电磁噪声会影响网络性能。在办公环境中,这种噪声源的数量接近于零。此外,为这些设备供电的电力电缆会产生干扰数据传输的磁场。

让我们看看一个典型的情况。如果安装的以太网电缆(金属导体)穿过磁场(例如靠近大型电机),电缆中会产生电流,因此以太网信号(也是电流)会失真。它对数据传输意味着什么?数据包的完整性受到损害,可能会导致间歇性通信。在办公室中,这通常意味着数据包的重新传输,用户可能甚至没有注意到。在工业环境中,由于机械过程的原因,时间安排非常关键,这可能会导致番茄酱喷到地板上,焊接失败,甚至导致生产线关闭。

 

防止噪音问题显然对工业自动化很重要,有许多方法可以解决这个问题。由于UTP布线的成本、安装和维护的方便性以及缺乏其他方法带来的问题,大多数安装可以并且确实可以成功地使用UTP布线。较新的UTP电缆还可以提供卓越的抗噪性。但让我们先看看其他方法。

光纤电缆是完全不受电磁干扰,是迄今为止最完整的解决E”问题。然而,光纤布线也有一些缺点。首先,它贵——不一定是布线本身,但连接到光纤的电子设备通常要贵得多,而且对于许多工业设备来说可能无法提供。光纤到铜缆收发器可以解决这个问题,但会增加它们自己的费用和另一个同样需要电源的故障点。光纤的另一个问题是,它需要专门的工具进行安装和故障排除,这可能成本高昂。而且纤维对端面灰尘或湿气的污染非常敏感,这在工业环境中可能是一个重大问题。技术人员也需要专业知识来处理光纤,尽管一些较新的设备很容易发现故障,


避免噪声源也可以减少它们的影响。小心地将电缆布线远离EMI源,如变频驱动器(VFD)、大功率电缆和焊机,可以减少干扰和数据包丢失。问题是你不能确定它能解决多少问题。而导致电磁干扰的新设备可能会在未来添加或移到更靠近电缆的地方,从而导致问题。

 

屏蔽/屏蔽电缆几乎可以消除噪音问题。屏蔽层就像一个笼子,防止任何电磁噪声进入电缆,通过低阻抗路径吸收和传导这些能量到地面。在异常嘈杂的环境中,箔和编织屏蔽的组合可以更好地保护电缆免受电磁干扰,并提供低阻抗接地路径。在中等噪看准音区域,一个整体箔屏蔽可能就足够了。然而,屏蔽本身也存在挑战。由于工厂的接地电压不同,接地必须小心。为了有效地工作和保护数据传输,屏蔽电缆需要接地,但是应该在电缆的一端或两端接地吗?每种应用都有其独特的环境噪声和接地情况,需要工程实践和经验来做出决定。

 

工业以太网协议(以太网/IPProfinetModubus TCP)也提供了屏蔽接地的建议,以最大限度地抵抗接地偏移。这些广泛/昂贵的接地技术可防止接地回路产生问题。一种建议是切割外层护套,露出屏蔽层,然后将电缆夹在铜块中,铜块在每条电缆的多个位置与8mm厚的铜接地相连,这是一种既耗时又昂贵的方法。测试电缆的屏蔽层也很困难。我们的DSX系列网线测试仪提供沿电缆路径测量接地连续性的独特能力,以确保正确接地(图2)。

工业以太网布线中的电磁干扰抑制


2.较老的测试仪(左)使用简单的电阻测试来检查接地导通性,这可能被替代接地路径“愚弄”。DSX系列网线测试仪(右)即使在存在备用接地路径的情况下也可以精确定位屏蔽故障。

高度平衡的UTP电缆可以抵抗电磁干扰,此外还可以缓解控制应用和屏蔽电缆中常见的接地偏移和接地回路问题。大多数制造商推荐UTP电缆,高度平衡的电缆提供额外的保护措施。为了测试电缆的抗噪性,可以进行横向转换损耗(TCL)和等电平横向转换损耗(ELTCTL)的平衡测量。电缆制造商将在三个级别中的一个级别指定其电缆的性能:E1用于办公室,E3用于高EMI环境,E2介于两者之间。我们的DSX系列网线测试仪可以对TCLELTCTL进行现场测试,以验证抗噪性以及电缆链路在噪声环境中是否提供足够的性能(图3)。

工业以太网布线中的电磁干扰抑制


3.可以在DSX系列网线测试仪中选择E1E3TIA限制

如果您想了解有关如何在工业环境中减轻电磁干扰的更多信息,以及现场电缆测试仪如何帮助您防止间歇性通信,请不要犹豫。。




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