以太网

解决工业以太网问题的工具

技术的范围从简单到复杂

由Mark Mullins. 4月6日,2021年4月6日
礼貌:Fluke.

由于其固有的可靠性、性能和互操作性,以太网已迅速成为工业环境中自动化和控制系统的首选通信协议。事实上,最近的调查发现,70%的新安装的工厂自动化节点使用了工业以太网。这包括工业以太网应用程序,如Modbus TCP/IP、EtherCat、Ethernet /IP和Profinet,用以太网帧封装,以便在工业设备和系统之间发送和接收监视和控制信息。

所有这些应用程序都设计用于基于以太网的双绞线铜或光纤电缆和连接器,这些电缆和连接器经过了加固,可以抵御工业环境中的振动、灰尘和液体进入、化学物质和电磁干扰等因素。通过工业以太网维持运营和生产率的能力只相当于这种底层的电缆基础设施,但即使在这些基础设施安装、测试并明显发挥其作用之后,也会出现一些问题,使工业运营嘎然而至。

是否意外损坏和污染物造成的电缆和连接器在恶劣的工业环境中,新机器的干扰,或改变基础设施,错误引导,由于错误的组件或不当安装,工厂经理和操作技术(OT)员工需要快速定位和解决问题采取行动,保持机器在生产中。超过一半的工业以太网问题都可以追溯到电缆基础设施,了解最有效的故障排除方法可能意味着一个小时的计划外停机与可能对生产标准造成严重破坏并转化为数百万美元的收入损失的天数之间的差异。

好消息是,有大量简单、廉价的故障排除工具可以帮助您快速识别和定位铜和光纤电缆问题,以加快维修和减少昂贵的计划外停机时间。

简单的工具,简单的问题

当机器因为没有从电缆上接收到工业以太网控制信号而关闭时,问题可能很简单,比如电缆被切断或断开,或者连接接口的端接不好而导致缺乏连续性。来轻松完成检查连续性wiremap测试,寻找潜在的问题像打开造成的破碎的导体,短裤从不当终止或损坏连接器,或导致扭转双,因而造成交叉双或分裂双,导体内的电缆已经终止错误的销位置在连接器接口。

通过工业以太网维护操作的能力只是底层布线基础设施,但即使在安装后,测试和显然正在进行其工作,可能会出现问题。礼貌:Fluke.

通过工业以太网维护操作的能力只是底层布线基础设施,但即使在安装后,测试和显然正在进行其工作,可能会出现问题。礼貌:Fluke.

您可以使用简单,低成本的Wiremap工具,而不是带入昂贵的测试设备的外部帮助即可快速识别问题。良好的丝网也将指示哪一对导致问题,并且验证电缆上的屏蔽的完整性 - 这对于屏蔽双绞线布线是常态的理想选择。

如果连接器接口的终止不是问题所在,而且故障存在于沿电缆长度的某个地方,则可以通过使用音调和探头识别位置来减少停机时间。一些布线者甚至可能有内置的音调生成,所以所需要的只是一个低成本的探头。

通过将高谐波信号注入到在故障位置处产生可听噪声的导体上的音调和探测器。然而,在一些工业环境中,可能难以进入电缆的整个长度 - 特别是如果它安装在位于天花板附近的保护导管中,或者穿过生产仍在运行的植物地板的其他区域。在这种情况下,可以使用更复杂的时域反射值表(TDR)来指示与电缆故障的确切距离。可以使用TDR,可以在任何铜缆上定位故障,并包括集成墨粉,以缩小电缆内的实际问题导体对。

在选择这些简单的故障排除工具之一时,重要的是确保它支持电缆的类型和电缆运行的距离。为了简化此过程,请考虑具有用户友好的图形界面的工具,简单地清楚地识别问题。您可能还想寻找具有充足的电池寿命和坚固的构建的工具,以站在Harsher工业环境中。当使用音调和探针时,另一个考虑因素是探针从附近工业机械滤除来自共同50或60 Hz噪声的干扰的能力。

当布线是光纤时

虽然光纤电缆在工厂车间并不常见,长度往往较短,传输速度通常低于1000 Mb/s,但有些地区有较长的链接,较高的工作温度和免受电磁干扰的要求使用光纤电缆。虽然光纤安装和初始测试需要更多的专业知识和专用工具,但是您可以使用一些便宜的选项来进行故障排除。

手上廉价的丝网可以轻松测试各对上的连续性和误导,以及产生用于定位沿电缆的故障的音调。礼貌:Fluke.

手上廉价的丝网可以轻松测试各对上的连续性和误导,以及产生用于定位沿电缆的故障的音调。礼貌:Fluke.

纤维布线的问题有可能是由沿链路某处的弯曲或突破引起的。当光纤弯曲超出其推荐的弯曲半径时,这通常是电缆直径的20倍,它会导致光信号从光纤中泄漏并防止适当的数据传输。这些弯道可以在安装期间或之后发生;在安装期间可能已经被忽视的小微管可能导致纤维玻璃随时间开裂。其他差的安装实践,如超出电缆上的拉伸载荷最终也可以导致断裂。

一种低成本,简单的故障诊断工具,用于确定光纤的连续性和发现弯曲或断裂,是视觉故障定位器(VFL),它用可见激光照亮光纤,将“泄漏”出光纤的损坏或弯曲。然而,VFL只有在您可以直观地检查整个光纤运行时才能正常工作。如果光纤很难访问或通过管道运行,您可能需要投资一个光学故障发现者。这些更先进的工具通过光纤发出光脉冲,并测量光从断裂、弯曲和电缆连接处反射回来的功率和时间。它们也是定位纤维末端的理想材料。通过测量反射回来的光的时间,光学故障探测仪可以快速指示到一个问题的距离。

除了坚固耐用的设计和友好的图形界面,在选择光学探伤仪时,您还应该在进行故障排除前使用能够检测到现场的光学信号的仪器,因为光纤收发器发出的光会对人眼造成伤害。您还需要它与您的基础设施类型的光纤电缆和连接器一起工作。如果您的工厂安装了多种类型的光纤连接器,以适应各种I/O接口,理想情况下,您需要一个带有可互换适配器的光学故障查找器。

光学探伤器的另一个显著特征是其识别污染连接器的能力。光纤连接器端面的灰尘或污物是光纤故障最常见的原因。光的传输需要一条清晰的通道,即使是一个小小的尘埃也会引起反射并降低信号的质量。

工业环境本身就充满灰尘,所以不干净的纤维末端可能是问题所在。如果光学探伤器发现问题出在连接器上,另一个手边的工具是光纤检查相机或显微镜。虽然使用显微镜观察光纤连接器的端面需要专业知识才能知道你在看什么,但有内置智能的光纤检测工具可以为你分析光纤端面。

它们通过分析端面上的缺陷的数量和大小并将其与IEC 61300-3-35(如IEC 61300-3-35)的行业标准进行比较,以指定Endface清洁度标准的情况下进行比较。当然,如果您确实发现了脏光纤Endface,则要确保您拥有清洁端面所需的现场技能组和耗材。如果没有,您可能需要返回到最初安装光纤基础架构的承包商。

有时专家需要

当所有其他人失败并由内部团队使用简单的故障排除工具时仍然无法识别网络问题,可能是在专家中调用更复杂的测试和故障排除设备的时间。他们可能首先安装和测试了基础设施的那些,因此他们应该能够充分找到并解决问题。但是,如果您有员工的专业知识,请使用它并投资更先进的工具,防止您必须等待和支付外部帮助以启动和运行。

为了帮助定位光纤电缆中的问题,一个简单的可视故障定位器(VFL)的可见激光会从光纤弯曲或损坏的地方泄漏出来。礼貌:Fluke.

为了帮助定位光纤电缆中的问题,一个简单的可视故障定位器(VFL)的可见激光会从光纤弯曲或损坏的地方泄漏出来。礼貌:Fluke.

对于故障排除,超出您可以通过简单的Wiremap工具,音调和探头和TDR完成的铜,以及良好的资格测试仪将执行诀窍。资格测试仪不仅可以执行Wiremap工具和TDR可以做的所有内容,它还可以测量网络速度并识别像串扰等较低的性能问题。最终,资格测试员可以帮助您确定布线基础架构实际上不是问题。

当涉及到更高级的光纤故障排除时,光学故障查找器的下一步是昂贵的光学时域反射仪(OTDR)。虽然这个更复杂的故障排除工具需要熟练的操作技能,但它有能力识别和定位沿光纤引起反射的事件,并测量它们对整体信号损失的影响,这可能是导致故障的原因。

虽然最终不可避免地要请专家,但重要的是要记住,有一些简单、易于使用的工具,您可以使用它们作为第一道防线,以便更快地恢复生产并运行,并在长期内降低成本。


马克·马林斯
作者简介:马克·马林斯是1993年成立的福禄克网络的创始成员之一。他一直参与业务的所有关键领域,包括电缆测试、网络故障排除和分析。他目前负责监督公司的全球通信工作,使客户和潜在客户了解最新的电缆测试产品和技术。作为以太网联盟营销委员会的成员,他负责推广第2代功率超过以太网认证计划。他持有the University of Washington的计算机科学学士学位和工商管理硕士学位。