Problemas de cable Ethernet industrial: MICE

13 de febrero de 2020 / General, 101 aprendizaje, instalación y comprobación, actualización y resolución de problemas, mejores prácticas

Ethernet industrial es muy sensible a los retrasos causados por los tramos de datos interrumpidos o dañados (a veces denominados paquetes). Tan solo unos pocos paquetes interrumpidos o dañados pueden provocar que se apague una máquina. Estos problemas suelen ser intermitentes y pueden ser causados por ambientes industriales difíciles.

Para resolver los apagados relacionados con la red, los ingenieros de control y electricistas industriales suelen sustituir cables o tender cables para puentear sin saber si el cable es realmente defectuoso o suponen que un cable deficiente está bien porque pasa una comprobación de continuidad. Los problemas más difíciles son intermitentes y no se reproducen fácilmente, por lo que no sabrá si el problema se resolvió.

Las organizaciones de normas reconocieron la necesidad de abordar el ambiente difícil que puede causar problemas intermitentes de red mediante la creación de ANSI/TIA-1105-A e ISO 11801:3. Ambos hacen referencia a “MICE” donde M significa mecánico (flex, vibración), I significa ingreso (humedad), C significa climático (temperatura), E significa electromagnético (ruido). Las normas MICE se aplican al cableado compatible con Ethernet/IP, ProFinET, EtherCAT, Modbus-TCP y otros protocolos industriales.

Las conexiones deficientes pueden provocar una pérdida intermitente de paquetes

El impacto de los niveles de M, I y C 2 y 3 puede provocar que los cables Ethernet industriales experimenten problemas de continuidad intermitentes causados por la flexión, la vibración, la corrosión debido a la humedad y los cambios de temperatura, que causan contracción y expansión. Los problemas intermitentes de continuidad que apagan las máquinas son difíciles de encontrar porque parecen ser conexiones sólidas la mayor parte del tiempo. Los comprobadores de continuidad indicarán que se ha aprobado la prueba porque solo encuentran conexiones abiertas, no conexiones defectuosas.

Cómo determinar si un cable Ethernet industrial tiene una mala conexión

Es posible encontrar una conexión deficiente en un cable de dos o cuatro pares utilizando un comprobador de cable que tenga la capacidad de medir la resistencia de cada cable individual con la resolución de medición de 0,005 Ω o mejor. Si un cable tiene una resistencia significativamente mayor que el otro 7 (o 3), ese cable tiene una mala conexión que es probable que se vuelva intermitente y cause pérdida de paquetes y que, con el tiempo, falle por completo.

La función de desequilibrio de resistencia de CC de 8000 CableAnalyzer y DSX-5000 detecta y muestra fácilmente estas conexiones desequilibradas.

En el ejemplo siguiente, el DSX-5000 identificó que la diferencia entre la resistencia del cable 4 y el cable 5 es mayor que 5 ohmios, que es el resultado de una mala conexión.

La interferencia electromagnética (EMI) puede provocar pérdida intermitente de paquetes

Las instalaciones industriales tienen unidades de motor de frecuencia variable (VFD), motores grandes, contactores magnéticos, equipos de soldadura por arco y otros dispositivos de alta potencia que emiten ruido electrostático, magnético y de radiofrecuencia. Si la interferencia EMI daña solo un bit de un paquete Ethernet, se crea un error de trama que provoca que el paquete completo sea rechazado por un dispositivo. Si se dañan varios paquetes seguidos, una máquina podría apagarse.

Se supone que los cables Ethernet industriales están equilibrados, de modo que cualquier interferencia EMI que pase por el cable no interrumpa las señales de voltaje bajo (normalmente +/-2,5 voltios) que componen un paquete Ethernet. Algunos cables tienen un desequilibrio excesivo, lo que hace que el cable sea susceptible a la interferencia EMI. El desequilibrio puede estar causado por daños en la instalación, fabricación o materiales deficientes o factores medioambientales (MICE). En algunos casos, los clientes utilizan un cable para E1 (sala de datos o ambiente de oficina) en una zona E3 (cerca de unidades de motor de frecuencia variable y otras fuentes potentes de interferencia EMI). Los cables blindados reducen la susceptibilidad a la interferencia EMI, pero no todos los cables están blindados y, a veces, las protecciones no cubren todo el cable.

Cómo determinar si un cable Ethernet industrial es susceptible a la interferencia EMI

DSX-5000 y 8000 CableAnalyzers abordan la “E” de MICE con funciones de medición de desequilibrio especiales que determinan la susceptibilidad a los campos electromagnéticos. Estas mediciones se denominan pérdida de conversión transversal (TCL) y pérdida de transferencia de conversión transversal de mismo nivel (ELTCTL), y están cubiertas en las normas MICE (TIA-1005-A e ISO 11801:3). Los límites de comprobación para las normas MICE pueden elegirse para que coincidan con el nivel “E” de la zona en la que se encuentra el cable; E1 para las salas de datos o ambientes de oficina, E3 para zonas cercanas a unidades de motor de frecuencia variable u otras fuentes potentes de interferencia EMI, y E2 para tendidos de cables entre zonas E1 y E3. Los valores más altos de E tienen requisitos de equilibrio más ajustados para rechazar más interferencias EMI que dañan paquetes.