Problèmes de câble Ethernet industriel - MICE

13 février 2020 / Généralités, 101 apprentissage, installation et test, mise à niveau et dépannage, meilleures pratiques

L’Ethernet industriel est très sensible aux retards causés par des trames de données perdues ou corrompues (parfois appelées paquets). Juste quelques paquets perdus ou corrompus peuvent provoquer l’arrêt d’une machine. Ces problèmes sont souvent intermittents et peuvent être causés par des environnements industriels difficiles.

Pour résoudre les pannes liées au réseau, les ingénieurs de contrôle et les électriciens industriels remplacent souvent les câbles ou les câbles de dérivation sans savoir si le câble est réellement défectueux ou bien ils supposent qu’un câble défectueux est toujours bon parce qu’il a réussi un test de continuité. Les problèmes les plus difficiles sont intermittents et ne sont pas facilement reproductibles, vous ne savez donc pas vraiment si le problème a été résolu.

Les organisations standards ont reconnu un besoin de traiter l’environnement hostile qui peut causer des problèmes de réseau intermittents en créant la norme ANSI/TIA-1105-A et ISO11801 :3. Ils se réfèrent à « MICE » où M correspond à mécanique (flexions, vibrations), I à entrée (humidité), C à climatique (température) et E à électromagnétique (bruit). Les normes MICE s’appliquent au câblage prenant en charge Ethernet/IP, ProFinET, EtherCAT, Modbus-TCP et d’autres protocoles industriels.

Une mauvaise connexion peut entraîner une perte intermittente de paquets

L’impact des niveaux M, I et C 2 et 3 peut provoquer des problèmes intermittents de continuité pour les câbles Ethernet industriels, causés par des flexions, des vibrations, une corrosion due à l’humidité, et des changements de température entraînant la contraction et l’expansion. Les problèmes de continuité intermittents qui font s’arrêter les machines sont difficiles à déceler, car ils ressemblent à des connexions solides la plupart du temps. Les testeurs de continuité indiquent une réussite, car ils ne trouvent que des connexions ouvertes qui ne sont pas de mauvaises connexions.

Comment déterminer si un câble Ethernet industriel a une connexion médiocre

Il est possible de trouver une mauvaise connexion sur un câble à deux ou quatre paires, à l’aide d’un testeur de câble ayant la capacité de mesurer la résistance de chaque fil individuel avec la résolution de mesure de 0,005 Ω ou mieux. Si un fil a une résistance nettement supérieure à celle de l’autre 7 (ou 3), si ce fil a une mauvaise connexion susceptible de devenir intermittente et de provoquer une perte de paquets, et finalement de faillir complètement.

La fonction 8000 « Déséquilibre des résistances CC » du CableAnalyzer et du DSX-5000 permet de trouver et d’afficher facilement ces connexions déséquilibrées.

Dans l’exemple ci-dessous, le DSX-5000 a identifié que la différence entre la résistance du fil 4 et le fil 5 est supérieure à 5 ohms, résultant d’une mauvaise connexion.

L’interférence électromagnétique (EMI) peut provoquer une perte de paquets intermittente

Les locaux industriels ont des variateurs à fréquence variable (Variable Frequency Drives - VFD), des moteurs de grande taille, des contacteurs magnétiques, des équipements de soudage à arc et d’autres dispositifs haute puissance émettant des bruits électrostatiques, magnétiques et de fréquence radio. Si un seul bit dans un paquet Ethernet est corrompu par de l’EMI, une erreur de trame est créée qui provoque le rejet du paquet entier par un périphérique. Si plusieurs paquets d’une rangée sont corrompus, une machine peut s’éteindre.

Les câbles Ethernet industriels sont censés être équilibrés afin que tout EMI traversant le câble ne perturbe pas la basse tension (généralement +/-2,5 signaux) qui constitue un paquet Ethernet. Certains câbles présentent un déséquilibre excessif, rendant le câble sensible aux EMI. Le déséquilibre peut être causé par des dommages d’installation, une fabrication ou des matériaux de mauvaise qualité, ou par des facteurs environnementaux (MICE). Dans certains cas, les clients utilisent un câble pour E1 (salle de données ou environnement de bureau) dans une zone E3 (à proximité des VFD et d’autres sources puissantes d’EMI). Les câbles blindés réduisent la susceptibilité aux interférences électromagnétiques, mais tous les câbles ne sont pas blindés et parfois les blindages ne couvrent pas la totalité du câble

Comment déterminer si un câble Ethernet industriel est sensible aux EMI

Le DSX-5000 et 8000 les CableAnalyzers se chargent du « E » dans MICE à l’aide de fonctions spéciales de mesure du déséquilibre, qui déterminent la susceptibilité aux champs électromagnétiques. Ces mesures sont appelées perte de conversion transversale (Transverse Conversion Loss - TCL) et perte de transfert de conversion transversale à niveau égal (Equal Level Transverse Conversion Transfer Loss - ELTCTL), et sont couvertes par les normes MICE (TIA-1005-A et ISO 11801:3). Les limites de test des normes MICE peuvent être choisies pour correspondre au niveau « E » de la zone dans laquelle se trouve le câble ; E1 pour les salles de données ou les bureaux, E3 pour les zones proches des VFD ou d’autres sources d’EMI puissantes, et E2 pour les parcours de câbles entre les zones E1 et E3. Les valeurs E plus élevées ont des exigences d’équilibre plus strictes pour rejeter davantage d’interférences électromagnétiques néfastes pour les paquets.