Industrielle Ethernet-Kabelprobleme - MICE

13. Februar 2020 / Allgemein

Industrial Ethernet ist sehr anfällig für Verzögerungen, die durch verworfene oder beschädigte Datenrahmen (manchmal als Pakete bezeichnet) verursacht werden. Nur ein paar verworfene oder beschädigte Pakete können dazu führen, dass eine Maschine abgeschaltet wird. Diese Probleme treten oft unregelmäßig auf und können durch harsche Industrieumgebungen verursacht werden.

Um netzwerkbezogene Abschaltungen zu beheben, ersetzen Steuertechniker und Elektriker oft Kabel oder verlegen Umgehungskabel, ohne zu wissen, ob das Kabel wirklich defekt ist, oder sie nehmen an, dass ein schlechtes Kabel in gutem Zustand ist, weil es eine Kontinuitätsprüfung bestanden hat. Die schwierigsten Probleme treten unregelmäßig auf und sind nicht einfach reproduzierbar, daher wissen Sie nicht wirklich, ob das Problem gelöst wurde.

Normorganisationen haben die Notwendigkeit erkannt, sich mit harschen Umgebungen auseinanderzusetzen, die Netzwerkprobleme verursachen können. Daher haben sie ANSI/TIA-1105-A und ISO 11801:3 entwickelt. Sie beziehen sich beide auf „MICE“: M steht für „Mechanical“ also mechanisch (Biegung, Schwingungen), I für „Ingress“ (Eintritt von Feuchtigkeit), C für „Climatic“ also klimatisch (Temperatur) und E für „Electromagnetic“ also elektromagnetisch (Rauschen). Die MICE-Normen gelten für Kabel, die Ethernet/IP, ProFinET, EtherCAT, Modbus-TCP und andere industrielle Protokolle unterstützen.

Schlechte Verbindungen können zu einem zeitweise auftretenden Paketverlust führen.

Die Auswirkungen der Stufen M, I und C 2 und 3 können zu zeitweise auftretenden Kontinuitätsproblemen von Industrial-Ethernet-Kabeln führen, die durch Biegung, Schwingung, Korrosion aufgrund von Feuchtigkeit und Temperaturänderungen erzeugt werden, die Kontraktionen und Expansionen verursachen. Zeitweilige Kontinuitätsprobleme, die Maschinen abschalten, sind schwer zu finden, da die Verbindungen die meiste Zeit über solide erscheinen. Kontinuitätssprüfer zeigen ein positives Ergebnis an, da sie nur offene Verbindungen finden, keine schlechten.

So ermitteln Sie, ob ein Industrial-Ethernet-Kabel schlecht angeschlossen ist:

Es ist möglich, eine schlechte Verbindung in einem zwei- oder vieradrigen Kabel mit einem Kabeltester zu finden, der den Wirkwiderstand jedes einzelnen Drahtes mit einer Messauflösung von 0,005 Ω oder besser messen kann. Wenn ein Draht einen deutlich höheren Wirkwiderstand aufweist als der andere 7 (oder 3), hat dieser Draht eine schlechte Verbindung, die wahrscheinlich periodisch auftritt, Paketverluste verursacht und das letztlich vollständig ausfallen wird.

Der DSX-5000 und die Funktion 8000CableAnalyzer DC Resistance Unbalance finden diese unausgeglichenen Verbindung leicht und zeigen sie an.

Im nachfolgenden Beispiel hat der DSX-5000 erkannt, dass die Differenz zwischen dem Wirkwiderstand von Draht 4 und Draht 5 größer als 5 Ohm ist, was zu einer schlechten Verbindung führt.

Störausstrahlungen können zu einem zeitweiligen Paketverlust führen.

Industrieanlagen verfügen über Frequenzumrichter, große Motoren, magnetische Schaltschütze, Lichtbogenschweißgeräte und andere Hochleistungsgeräte, die elektrostatisches, magnetisches und Funkfrequenzrauschen abgeben. Wenn nur ein Bit in einem Ethernet-Paket durch Störausstrahlungen beschädigt wird, wird ein Frame-Fehler erzeugt, durch den das gesamte Paket von einem Gerät abgelehnt wird. Wenn mehrere Pakete nacheinander beschädigt sind, kann eine Maschine abgeschaltet werden.

Industrial-Ethernet-Kabel müssen ausgeglichen werden, damit alle über das Kabel übermittelten Störausstrahlungen nicht die Niederspannungssignale (in der Regel +/-2,5 Volt) unterbrechen, aus denen ein Ethernet-Paket besteht. Einige Kabel haben eine übermäßige Unsymmetrie, die sie anfällig für Störausstrahlungen machen. Unsymmetrie kann durch Installationsschäden, schlechte Verarbeitung oder Materialien sowie Umweltfaktoren (MICE) verursacht werden. In einigen Fällen verwenden Kunden ein Kabel für E1 (Datenraum oder Büroumgebung) in einer E3-Zone (in der Nähe von Frequenzumrichtern und anderen leistungsstarken Störquellen). Abgeschirmte Kabel reduzieren die Störanfälligkeit, aber nicht alle Kabel sind abgeschirmt. Manchmal sind sie auch unvollständig abgeschirmt.

So ermitteln Sie, ob ein Industrial Ethernet-Kabel für Störausstrahlungen anfällig ist:

DSX-5000 und 8000 CableAnalyzer richten sich mit speziellen Unsymmetriemessfunktionen, die die Anfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Feldern bestimmen, an das „E“ in MICE. Diese Messungen werden als Transverse Conversion Loss (TCL) und Equal Level Transverse Conversion Transfer Loss (ELTCTL) bezeichnet und sind in den MICE-Normen (TIA-1005-A und ISO 11801:3) abgedeckt. Testgrenzwerte zu MICE-Normen können gewählt werden, um der E-Stufe der Zone zu entsprechen, in der sich das Kabel befindet: E1 für Datenräume oder Büroumgebungen, E3 für Zonen nahe Frequenzumrichtern oder anderen leistungsstarke Störquellen und E2 für Kabel zwischen E1- und E3-Zonen. Höhere E-Werte haben strengere Symmetrieanforderungen, um mehr paketschädigende Störausstrahlungen abzuweisen.