EP43 工業乙太網纜線問題 - MICE

工業乙太網針對資料碼框(有時稱為資料封包)遺失或損壞造成的延遲影響非常大，哪怕只有少量資料封包遺失或損壞也會導致機器停機。上述問題通常是突發性的，而且可能是由於較差的工業環境所造成的。

為了解決網路相關的停機問題，控制工程師和工業技工通常的做法是更換纜線或佈署旁路纜線，但他們卻未必瞭解纜線是否確實存在問題，或者透過了連通性測試而將品質較差的纜線誤認為是良好纜線。最棘手的問題是那些偶然出現的問題，並且不容易重複出現，因此你真的很難知道問題是否已經解決。

標準化組織意識到有必要透過建立ANSI/TIA-1105-A和ISO 11801:3標準來對應可能導致突發性網路問題的環境。上述兩個標準化組織都採用“MICE”標準，其中M為機械(彎曲、振動)、I為侵入(粉塵/液體)、C為氣候和化學(溫濕度/腐蝕性氣體)、E是電磁干擾(雜訊)。MICE標準適用於支援EtherNet/IP、ProfiNET、EtherCAT、Modbus-TCP以及其他工業協議的佈線。

 不良的連接可能導致突發性封包遺失

 M、I和C針對第二等級和第三等級的工業環境區域可能導致工業乙太網纜線遭遇突發性的連通問題，這些問題是由於彎曲、振動、濕氣、腐蝕以及溫度變化造成的收縮或膨脹而引起的。導致機器停機的突發性連通性問題很難發現，因為這些連接在大多數情況下似乎都是穩定可靠的，連通性測試儀則通常會將不良連接判定為合格，因為這種測試儀只能發現開路的連接。

如何確定工業乙太網纜線是否具有不良連接

利用測量解析度為0.005 Ω或更好的纜線測試器，可以測量每芯線的電阻，進而找到兩對或四對纜線中的不良連接。如果一芯線的電阻明顯高於另外7芯(或3芯)線的電阻，則表示其連接不良，很可能會出現突發性問題，導致資料封包遺失，最後完全失效。

DSX2-5000 CH和DSX2-8000 CH CableAnalyzer纜線認證分析儀的直流電阻不平衡功能可以輕鬆找到並顯示不平衡的連接。

 在上圖中我們可以看到，DSX2-5000 CH辨識出第4芯和第5芯的電阻差大於5歐姆，這是連接不良導致的結果。

 電磁干擾(EMI)可能導致突發性封包遺失

工業場域內具有變頻驅動器(VFD)、大型電機、電磁接觸器、弧焊設備和其他會產生靜電、電磁和射頻雜訊的大功率設備

哪怕乙太網資料封包中只有一位元被EMI損壞，就會產生錯誤碼框，導致整個資料封包被設備拒絕。

如果連續有多個資料封包被破壞，則機器可能停機。

工業乙太網纜線應保持平衡，使得通過纜線內部的所有EMI都不會干擾，構成乙太網資料封包的低壓(通常為+/- 2.5伏特)信號。有些纜線的不平衡度過高，會使其容易受到EMI影響。安裝不當、施工不佳或材料不良，或者環境因素(MICE)都可能導致不平衡。在某些情況下，客戶在E3區域(靠近VFD和其他較強EMI干擾源)內使用額定為E1(機房或辦公室環境)的纜線，遮蔽纜線降低了對EMI的敏感度，但是並非所有纜線都是遮蔽纜線，有時遮蔽不會覆蓋整條纜線。

如何確定工業乙太網纜線是否容易受EMI影響

DSX2-5000 CH和DSX2- 8000 CH CableAnalyzers纜線認證分析儀具有特殊的不平衡測量功能，可解決MICE中的“E”問題，可確定纜線對電磁場的敏感程度。上述測量被稱為橫向轉換損耗(TCTL)和等效橫向轉換損耗(ELTCTL)，並且在MICE標準(TIA-1005-A和ISO 11801:3)中都有所涵蓋。可根據纜線所在區域的“E”等級，在MICE標準中選擇與其相匹配的測試極限值；E1用於機房或辦公室環境，E3用於靠近VFD或其他較強EMI干擾源的區域，E2用於E1和E3區域之間的纜線路徑。其中E值越高，對平衡的要求越嚴格，以遮蔽更多會破壞資料封包的EMI。