福禄克工业以太网铜缆双绞线质量测试解决方案

福禄克工业以太网铜缆双绞线质量测试解决方案测试背景:华东的某医疗机器人企业,主要从事医疗相关的机器人的研发和生产。在研发和调试某型号手术机器人过程中出现卡顿故障、通信传输丢包、误码率较高等问题。在排除其他因素后,怀疑是机器人的内部通信线缆出现了故障。全新的通信线缆都通过了导通仪、万用表的导通测试,但在更换上这些线缆后,故障依然存在。客户邀请福禄克工程师对线缆进行排障和故障原因分析。

DSX2-5000CH

研判:

福禄克工程师到达该企业现场后了解到,该企业研发的机器人自身带有伺服电机,会产生静电、电磁和射频噪声,使得机器人内部的通信线缆处于强电磁干扰的环境中。因此除了常测试的信号衰减、串扰、回波损耗等用以衡量线缆质量的参数外,还需要着重考虑线缆的屏蔽完整性和抗电磁干扰能力。
产线的稳定运行和产品的标准品质与底层通讯线缆的可靠性息息相关,通讯线缆的可靠性受线缆本身性能以及周边环境因素等多方位影响。万用表和导通仪仅能用于判断线缆的通断,并不能判定线缆的传输性能和抗干扰性能。

测试:

针对客户现场情况,福禄克工程师使用DSX2-5000CH铜缆认证仪进行测试,发现该批次线缆存在两方面问题:
1、屏蔽层连通性不合格
此款手术机器人使用的是七类线,带有双层屏蔽结构。使用DSX2-5000CH检测后发现该线缆屏蔽层未连通,而之前万用表检测结果为连通,据此判断线缆存在屏蔽层虚接地的情况。这会导致缆间干扰(外部干扰)等测试参数明显劣化,拉高传输数据的误码率。
DSX2-5000CH检测显示屏蔽层未连通
屏蔽层未连通
2、抗干扰能力不合格
考虑到手术机器人自带伺服电机,会有一定的电磁干扰。因此,需要对该线缆做平衡参数测试。这是一个抗干扰指标,对应电磁干扰(EMI)等级测试,用于判定其抗干扰能力。
在使用DSX2-5000CH内置的工业标准进行测试后,发现衡量抗电磁干扰的平衡参数指标TCL低于E3的测试标准要求。由此判别被测线缆更容易受到电磁干扰而产生通信故障。
DSX2-5000CH检测

常识点:

在《ANSI/TIA-1005-A 工业电信基础设施标准》 和《ISO/IEC 11801 信息技术-用户基础设施结构化布线标准》中,使用“MICE”环境分级规则为建造工业网络选择各种组件进行了分类。MICE中M为机械、I为侵入、C为气候和化学、E是电磁干扰。
其中,针对电磁干扰(EMI)等级测试划分位E1、E2和E3级
E1适用车间非生产区
E2适用于生产区
E3适用于强电磁干扰的区域及生产区的设备岛和设备里的通讯线束
E值越高,对平衡参数的要求越严格,以屏蔽更多会破坏数据包的电磁干扰。
MICE环境分级
MICE环境分级

以太网铜缆双绞线质量测试解决方案:

工业自动化用户想要获得高可靠性的设备性能时,也需要考虑布线系统的可靠性。
基本需要做到两点:
1、适时检测
规范布线系统质量检测的周期和时间节点,对布线系统在规划设计、选型采购、来料验收、随工检测、竣工验收、运行维护等生命周期内不同时间节点进行适时检测。
2、适当备份
采用冗余链路,对工业以太网环境下的通信线缆做好备份工作,在出现设备故障、丢包误码率提高的情况下,及时更换备用线缆,减少停工停产时间。
在明确线缆故障原因后,该医疗机器人企业决定采购并使用DSX2-5000 CH铜缆认证测试仪来确保其在新产品研发和量产过程中所用到的通信线缆性能是可靠的,从根本上保障医疗机器人信息传输的稳定性。
除了考虑线缆的屏蔽完整性和抗电磁干扰能力,常见的线缆质量判定还可以通过信号衰减、串扰、回波损耗等参数来进行。DSX2-5000CH铜缆认证仪内置了相关测试参数及国内外多种测试标准,适应各类工业现场测试要求。

术语

说明

故障现象及常见原因

插入损耗
insertion loss

信号从发送端传输到接收端所产生的损耗

插入损耗过大会导致信号丢失,网络不通或者时断时续。
线缆过长, 线缆质量差或者线缆安装过程受损都容易导致插入损耗过大

串扰
cross talk

通信线缆内部不同线对之间或者不同通信线
之间产生的,由于同时传输信号导致的互相干扰

干扰信号。干扰太强会导致传输数据的信号失真,造成误码,导致网络闪断或者高时延。
线缆质量差或者端接的地方开绞太长容易导致此类故障。

回波损耗
return loss

由于阻抗不连续导致的信号反射

干扰信号。干扰太强会导致传输数据的信号失真,造成误码,导致网络闪断或者高时延。
线缆质量差,线缆受损或者线缆和端接模块阻抗不匹配都容易导致此类故障。

屏蔽完整性
shieldIntegrity

电缆上的屏蔽层是否正确连接到屏蔽
连接器的两端

屏蔽层抗外部电磁干扰的能力弱,从而导致间歇性故障

平衡参数TCL ELTCTL

衡量通信线缆抗电磁干扰的性能

因电磁干扰影响而产生间歇性故障

文章来源于企业,深圳银飞企业有售DSX2-5000CH铜缆认证仪
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