Az 1970-es években a Xerox Palo Alto-i kutatóközpontjában kifejlesztett Ethernet lett a világ legelterjedtebb LAN technológiája. Az elmúlt évtizedek során a szabványok jelentős változásai és fejlesztései lehetővé tették az Ethernet számára, hogy számos olyan alkalmazást is tudjon kezelni, amire az eredeti fejlesztők nem is gondoltak.

Az egyik ilyen alkalmazás az Ipari Ethernet. A gyártók és a szabványügyi szervezetek az Ethernet fizikai rétegét használták fel az ipari automatizálási technológiák megalkotásakor (például a PROFINET, Ethernet / IP (Industrial Protocol), EtherCAT és Modbus-TCP).

Kábelezési szabványok és csatlakozók

Az ipari Ethernet alkalmazások a „normál” Ethernet-ben használt csavart érpáras réz vagy optikai kábelezést használják, de az ipari környezethez szükséges változtatásokkal. A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) és a Telecommunications Industry Association (TIA) kidolgozott néhány előírást az ipari területeken használt környezeti feltételek meghatározására, ezekre MICE (Mechanical, Ingress, Climatic/Chemical, Electromagnetic) néven hivatkoznak.

A MICE szintek különböző környezeti feltételeket határoznak meg:

  • MICE 1: irodai környezet
  • MICE 2: ipari környezet
  • MICE 3: nehézipari környezet

E követelmények teljesítése érdekében a gyártók speciális kábelezést és csatlakozókat fejlesztettek ki, amik akár nagy hőterhelés, maró és vegyi anyagok jelenléte mellett is megfelelően teljesítenek. A legtöbb esetben csupán a kábel külső köpenyére vonatkozó követelményeket határozták meg és az elektromos jellemzők változatlanok maradnak. A kábelek aszimmetriája növeli a zavarérzékenységét, így az ipari környezetben előforduló eszközök (frekvenciaváltók, villamos motorok, hegesztők) által okozott zavarok miatt már vizsgálni kell a kábelezés Transverse Conversion Loss (TCL) paraméterét.

 

A különleges igények miatt a csatlakozók is nagy figyelmet kapnak. A kábelezés egyik végén általában a szabványos 8-pólusú moduláris csatlakozó (RJ-45) van, hiszen ez kompatibilis a legtöbb „normál” Ethernet aktív eszközzel. Az M12 csatlakozót a mozgó végberendezésekhez fejlesztették ki és a menetes csatlakozásnak köszönhetően nagyon stabilan rögzíthető. A technológiától függően két érpárat (M12D) vagy négy érpárat (M12X) használhat. A legtöbb ipari Ethernet link hibrid, mert az egyik végén egy moduláris 8-pólusú csatlakozót (RJ45) a másikon pedig egy M12 csatlakozót tartalmaz.

 

 

M12D és M12X csatlakozó

 

 

Kábelezési problémák

Az ipari Ethernetben megjelenő problémáknak több mint a fele a kábelezésre vezethető vissza! Vannak köztük olyanok, amelyek rögtön a telepítés után mérhetőek, de előfordul olyan is, aminek a megjelenéséhez valamilyen környezeti paraméter megváltozása szükséges. Az Ethernet egy robusztus technológia ami még a hatérértékek közelében is képes teljesíteni, de ha a környezeti hatások még rosszabbra fordulnak, akkor már megszűnik a kommunikáció…

 

 

DSX digitális kábelanalizátor ismeri a szabványokat és minden szükséges paramétert képes mérni

 

 

A legsűrűbben előforduló kábelezési hibák

Huzaltérkép

A legalapvetőbb igény, hogy az érpárak mind a két oldalon megfelelő módon és sorrendben legyenek csatlakoztatva. Egy félrekötést, vagy szakadást a legegyszerűbb kábelteszterek is megmutatnak. Azt a hibát, ahol a megfelelő sorrendben van csatlakoztatva a kábel de az érpárak közötti erek fel vannak cserélve (split), már csak olyan műszerrel tudunk detektálni ami áthallást is képes mérni.

Hossz

A linkek hossza Ethernet esetén 100 méter lehet. A túl hosszú kábelek az alábbi hibákért felelősek:

  • a hosszú kábel csillapítása miatt az átküldött jel szintje nagyon alacsony lesz a vevő számára a távolvégi oldalon
  • az Ethernet protokoll megköveteli, hogy a berendezésnek bizonyos időn belül válaszokat kell kapnia egy elküldött keretre, így a túl hosszú kábel okozta késleltetés zavarhatja ezt az időzítést

Ezen hibák bármelyike azonnali meghibásodásokhoz vagy időszakos problémákhoz is vezethet. A csillapítás mértéke a hőmérséklettel együtt nő, egy túl hosszú kábel még megfelelhet az alacsonyabb hőmérsékleten, de a magasabb hőmérsékleteken már megbukik a beiktatási csillapítás teszteken.

Áthallás

Ez a paraméter azt mondja meg, hogy mekkora az érpárak között az elektromágneses interferencia. Például az egyik adó érpáron lévő jel zavarhatja a szomszédos vevő érpárat és a távolvégi adó ezt az interferenciát bejövő jelként érzékeli és leállítja az adást. Ezek a hibák ismét azonnali meghibásodásokhoz vagy időszakos problémákhoz vezethetnek. Ahogy nő a frekvencia, úgy nő az áthallás mértéke is, ezért ez a paraméter a kábel egyik meghatározó tényezője.

Árnyékolás

Az Ipari Ethernetben használt kábelek nagy része árnyékolt, mert így a kábelezés sokkal érzéketlenebb a külső elektromágneses zajokra . Ezen zajok által okozott hibákat nagyon nehéz megtalálni, hiszen csak addig vannak jelen a hálózaton amíg egy közeli motor beindul vagy a hegesztő üzemel. Az árnyékolás csak abban az esetben jelent megfelelő védelmet, amennyiben az folytonos a teljes szakaszon. A folytonosságot viszont nehéz mérni, hiszen a link két vége a szekrényen keresztül az épület közös földelésére van kötve, és így még szakadt földelés esetén is folytonosnak mérjük az árnyékolást. A Fluke Networks digitális kábel-analizátorai olyan eljárást használnak, amely során váltóáramú technológiával vizsgálják az árnyékolás integritását, így képesek az árnyékolás szakadását felismerni és a pontos helyét megjeleníteni még közös földre csatlakoztatott rack szekrények esetén is.

Transverse Conversion Loss (TCL)

A TCL mérése nagyon hasonlít a reflexiós csillapítás (Return Loss) méréséhez, azonban míg az utóbbinál az érpárba csatolt differenciál módusú jel visszaverődését mérjük, a TCL esetében arra vagyunk kíváncsiak, hogy a becsatolt differenciál módusú jelből mennyi közös módusú jel verődik vissza. Ez minél kevesebb, annál zavartűrőbb és szimmetrikusabb a kábel. Az ipari környezetben jelen lévő elektromágneses interferenciák miatt a szabványügyi hivatalok megkövetelik a TCL paraméterek mérését a MICE E1, E2 és E3 környezetben.

Fontos megjegyezni, hogy a kábelek mellett a felhasznált csatlakozóknak is meg kell felelni a fenti követelményeknek. Egy-egy nagynevű gyártótól származó csatlakozó is lehet hibás, arról nem is beszélve, hogy egy jó minőségű, de rosszul szerelt csatlakozó úgyszintén számtalan hibát rejthet magában.

A megfelelő műszerekkel növelni tudjuk az üzemidőt:

  • a fent leírt paraméterek mérése a telepítés után garantálja, hogy a link megfelel az előírásoknak és az eszközök csatlakoztatása után is megfelelően működik,
  • a környezet megváltozása esetén újra kell mérnünk a kábelezésünket, így megelőzhetünk egy nem tervezett leállást, valamint valós képet kaphatunk arról, hogy egy-egy módosítás mennyire befolyásolja az Ipari Ethernet működését,
  • egy meghibásodott kábel hibahelyének meghatározása kulcsfontosságú. Amennyiben tudjuk, hogy a távolvégi csatalakozó a hibás, azt mindössze pár perc alatt le tudjuk cserélni vagy a szakadás pontos helyét ismerve minimálisra csökken a hibaelhárítás ideje.

 

A telepítés utáni mérésekkel biztosíthatjuk a megfelelő működést a jövőben, és egy mindig kéznél lévő műszer fogja minimalizálni a hibaelhárítási időket.

Kábelteszterek az Ipari Ethernethez
A műszereket alapvetően két nagy csoportra lehet osztani: minősítő műszerek és hibakereső/üzemeltető műszerek.

 

 

DSX2-5000 Ipari Ethernet minősítő műszercsomag

DSX2-5000 Ipari Ethernet minősítő műszercsomag

 

 

Minősítő műszerek: Ezek az eszközök képesek mérni az előzőleg felsorolt paramétereket mint az áthallás, árnyékolás integritás és TCL. A DSX sorozatú kábelanalizátorok képesek az árnyékolás szakadását felismerni és a pontos helyét megjeleníteni még közös földre csatlakoztatott rack szekrények esetén is. A műszer egy JÓ vagy HIBÁS eredménnyel zárja a minősítést, amelyből az ingyenes LinkWare szoftverrel jegyzőkönyvet tudunk készíteni. Ezen műszerek használatával megbizonyosodhatunk arról, hogy a kábelezésünk megfelel a szabványoknak, valamint olyan bonyolult hibák is feltárhatóak vele, mint pl. víz van a kábelben vagy a csatlakozó nem felel meg az adott specifikációnak.

Hibakereső műszerek: Az alapvető folytonossági teszteken túl képes a „split” hibát is detektálni, valamint megjeleníti a kábel hosszát és a hiba helyét. Sok időt spórolhatunk azzal, ha a kábelt ki tudjuk zárni a hibakeresés elején.

Amennyiben egy cégnek túl nagy beruházás lenne egy minősítő műszer, bérbe is tud venni egyet néhány napra. Az egyszerűbb és kedvező árú hibakereső műszereknek pedig ott a helye minden üzemeltető és hibaelhárító csapat táskájában.

MicroScanner CableIQ DSX sorozat
Fluke Networks CableIQ kábel sávszélesség analizátor (CIQ-100) Fluke Networks DSX-5000
Kategória Hibakereső Hibakereső Minősítő
Folytonosság és bekötés
Hossz
Áthallás
Árnyékolás
TCL
Jegyzőkönyv
Hibahely Alapvető Alapvető Fejlett
M12 támogatás Opcionális Opcionális

 

Ha hasznosnak találod az oldalt, oszd meg másokkal is