【应用文章】工业以太网线缆问题 - MICE

【工业以太网】

工业以太网对数据帧(有时称为数据包)丢失或损坏造成的延迟非常敏感，哪怕只有少量数据包丢失或损坏也会导致机器停机。上述问题通常是间歇性的，而且可能是由恶劣的工业环境造成的。

为了解决网络相关的停机问题，控制工程师和工业电工通常的做法是更换线缆或布置旁路线缆，但他们却未必了解线缆是否确实存在问题，或者由于通过了通断性测试而将质量低劣的线缆误认为是良好线缆。最棘手的问题是那些间歇性出现的，并且不容易复现，因此您真的很难知道问题是否已经解决。

标准化组织认识到有必要通过创立ANSI/TIA-1105-A和ISO 11801:3标准来应对可能导致间歇性网络问题的恶劣环境。上述两个标准化组织都采用“MICE”标准，其中M为机械(冲击、振动)、I为侵入(粉尘/液体)、C为气候和化学(温湿度/腐蚀性气体)、E是电磁干扰(噪声)。MICE标准适用于支持EtherNet/IP、ProfiNET、EtherCAT、Modbus-TCP以及其他工业协议的布线。

不良连接可能导致间歇性丢包

M、I和C级别为2和3的工业环境可能导致工业以太网线缆遭遇间歇性的通断问题，这些问题是由于弯曲、振动、湿气腐蚀以及温度变化造成的收缩或膨胀而引起的。导致机器停机的间歇性通断性问题很难发现，因为这些连接在大多数情况下似乎都是牢固可靠的，通断性测试仪则通常会将不良连接判定为合格，因为这种测试仪只能发现开路的连接。

如何确定工业以太网线缆是否具有不良连接

利用测量分辨率为0.005 Ω或更好的线缆测试器，可以测量每根线的电阻，从而找到两对或四对线缆中的不良连接。如果一根线的电阻明显高于另外7根(或3根)线的电阻，则表示其连接不良，很可能会出现间歇性问题，导致数据包丢失，并最终完全失效。

DSX2-5000 CH和DSX2-8000 CH 铜缆认证分析仪的直流电阻不平衡功能可以轻松找到并显示不平衡的连接。

在上图中我们可以看到，DSX2-5000 CH识别出电线4和电线5的电阻差大于5欧姆，这是连接不良导致的结果。

电磁干扰(EMI)可能导致间歇性丢包

工业场所内具有变频驱动器(VFD)、大型电机、电磁接触器、弧焊设备和其他会产生静电、电磁和射频噪声的大功率设备。哪怕以太网数据包中只有一位被EMI损坏，就会产生错误帧，导致整个数据包被设备拒绝。如果连续有多个数据包被损坏，则机器可能停机。

工业以太网线缆应保持平衡，以便通过线缆内部的所有EMI都不会干扰构成以太网数据包的低压(通常为+/- 2.5伏)信号。有些线缆的不平衡度过高，会使其容易受到EMI影响。安装不当、工艺不佳或材料不良，或者环境因素(MICE)都可能导致不平衡。在某些情况下，客户在E3区域(靠近VFD和其他强EMI干扰源)内使用额定等级为E1(机房或办公室环境)的线缆，屏蔽线缆降低了对EMI的敏感度，但是并非所有线缆都是屏蔽线缆，有时屏蔽层不能覆盖整根线缆。

如何确定工业以太网线缆是否容易受EMI影响

DSX2-5000 CH和DSX2- 8000 CH 铜缆认证分析仪具有特殊的不平衡测量功能，可解决MICE中的“E”问题，可确定线缆对电磁场的敏感程度。上述测量被称为横向转换损耗(TCTL)和等电平横向转换转移损耗(ELTCTL)，并且在MICE标准(TIA-1005-A和ISO 11801:3)中都有所涵盖。可根据线缆所在区域的“E”等级，在MICE标准中选择与之相匹配的测试限值；E1用于机房或办公室环境，E3用于靠近VFD或其他强EMI干扰源的区域，E2用于E1和E3区域之间的线缆走线。其中E值越高，对平衡的要求越严格，以屏蔽更多会破坏数据包的EMI。