一、什么是EMC电磁兼容性?
EMC全称为Electro-magnetic Compatibility。在IEC国际电工委员会中对电磁兼容的定义为:系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不会对其他系统和设备造成干扰。
IEC全称为国际电工委员会,是世界上成立最早的非政府性国际电工标准化机构。IEC负责有关电工、电子领域的国际标准化工作。旗下成员国包括了绝大多数的工业发达国家及一部分发展中国家。这些国家拥有世界人口的97%,其生产和消耗的电能占全世界的95%,制造和使用的电气、电子产品占全世界产量的90%。IEC的宗旨是促进电工标准的国际统一,电气、电子工程领域中标准化及有关方面的国际合作,增进国际间的相互了解。为实现这一目的,IEC出版包括国际标准在内的各种出版物,并希望各国家委员会在条件许可的情况下,使用这些国际标准。IEC的工作领域包括了电力、电子、电信和原子能方面的电工技术。目前,IEC常任理事国为中国、法国、德国、日本、英国、美国。可以说IEC发布的标准代表了电子设备需要遵循的最权威也是最可靠的标准,被各个国家广泛的通用和行业性标准所引用。
设备或系统的电磁兼容性(EMC)能力需要设备在自我向外发射电磁辐射并受到其他设备所发射的电磁辐射的干扰情况下,不同电子设备及其组成的系统也能正常工作的能力。这意味着发射电磁波或干扰的设备必须将其限制在一定水平之内,且每个设备必须对其所要工作的环境中的电磁干扰具有足够的免疫力。因此,EMC又分为EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部分。
EMI全称为:Electro-magnetic Interference ,即电磁干扰,指电子设备在自身工作过程中产生的不利于其它系统的电磁波,对外发射并对设备其它部分或外部其它设备造成干扰。
EMS全称为:Electro-magnetic Susceptibility ,即电磁敏感度,指电子设备在执行应有功能的过程受电磁干扰的敏感程度。
设备的EMC能力随着电子技术逐步向高频、高速、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度(小型化、大规模集成化),大功率、小信号运用、复杂化等方面的需要而逐步发展。尤其是在工业场景此类设备种类多、安装环境密集、紧凑度高的情况下,电磁干扰产生影响以及带来的问题更需要我们关注。
二、EMC电磁兼容性的意义?
随着智能化设备和物联网技术的不断发展,电工电子产品的技术含量逐步提高、内部结构越来越复杂,产品也逐渐向着小型化发展。设备受到电磁干扰导致性能下降、无法正常工作的现象时有发生,问题严重甚至会造成质量事故和设备损坏等其它无法估量的损失。随着EMC标准的不断发展,世界各国都对产品系统的电磁兼容性提出了强制性的法规要求。因此对一个稳定可靠的网络环境而言,在设计时满足电磁兼容性的要求尤为重要。
1
安全
在某些特殊场合,电磁波通过与电爆装置的控制电路感应耦合,形成的干扰电流可能引起电爆装置的爆炸;各种燃油在强电磁场的作用下(直接照射、电火花、静电放电)也有发生燃烧和爆炸的危险;除此之外,电磁能量通过对人体组织的物理化学作用也会产生有害的生理效应。因此,为了人身和某些特殊材料的安全,我们需要遵循标准,严格限制设备的电磁辐射能力。
2
可靠
设备发出的电磁干扰会对电子设备工作性能造成有害的电磁变化现象。其不仅影响电子设备的正常工作,甚至造成电子设备中的某些元器件的永久性损害。因此,对电子设备的EMC能力要给予充分的重视,既要注意电子设备不受周围电磁干扰,能够正常工作,又要注意电子设备本身不对周围其它设备产生电磁干扰,影响其它设备正常运行。
3
符合要求
除了大家熟知的欧盟的CE标准外,还包括北美的FCC以及IC认证,日本的PSE以及澳洲的RCM等强制性的认证都对设备的EMC能力做出了明确要求。此类准入类认证是设备向该国销售时所必须遵循并通过权威机构的相关测试验证。
三、工业现场的电磁兼容标准
IEC 61000-4-X系列标准是IEC委员会针对设备或系统的EMC电磁兼容性所制定的。许多设备或系统的设计都会遵循IEC 61000-4-X系列所列出的一项或多项进行测试来符合可靠性的要求。绝大部分工业现场都会采用选用其中的测试标准要求作为设计规范或者验收标准。IEC 61000-4-X系列标准除IEC61000-4-1概述之外,目前共有37条针对不同EMC项目的标准要求(其中IEC 61000-4-26已废除),具体各标准号见下表:
四、电磁干扰产生的原因
产生电磁干扰的方式和途径不一,其中电磁辐射、传导是产生电磁干扰的主要电磁活动方式或途径。一般来讲,电磁干扰按照来源分为内部干扰和外部干扰两大类,外部干扰源包括自然干扰源和人为干扰源。
自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。自然干扰源既是地球电磁环境的基本要素组成部分,又是会对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源。
人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰,其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置,称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射等,这部分又称为无意发射干扰源。
电磁干扰的三要素,即电磁干扰源、耦合通道和敏感设备。我们在进行设备或系统的电磁兼容设计时,就要充分考虑此三类因素给设备带来的影响。
五、如何打造一款合格的工业级设备
EMC电磁兼容性的设计是一个系统性工程,其设计的基本原理可以大致从两个维度考虑:
1.器件的选用:拆分为器件、电路、分系统以及系统,在设计的每一阶段都要考虑电磁兼容的问题;
2.电磁兼容的三要素:明确哪些是工业交换机使用环境中可能存在的干扰源,会有哪些耦合路径(光纤、网线、电源线等)所带来的电磁干扰;
这里我们采用工业交换机应用环境中对电磁兼容性要求最高的场景之一:智能变电站场景的电磁兼容性要求为例。在我国权威的国网电科院对于工业以太网交换机在智能变电站场景的应用中,要通过如下的电磁兼容项测试:
从上表要求的参数中我们看到,对于EMI的测试要求一般先分级分类看其对应限值,测试结果低于对应限值则通过,反之则不通过;而对于EMS给出了通用的四个判据:
性能判据A: 试验对设备没影响,设备可以正常工作;
性能判据B:试验造成设备功能丧失或性能降低,但试验停止后设备可以自己恢复正常;
性能判据C:试验造成设备功能丧失或性能降低,试验停止后设备不能自行恢复,需要手动干预才能恢复正常;
性能判据D:试验造成设备功能丧失或性能降低,试验停止后手动干预也无法恢复,造成了硬件的损坏或数据的丢失等。
一般我们对工业交换机电磁兼容性的评定标准采用其常规测试项目中IEC 61000-4-2 (ESD)静电放电抗扰度的评判等级来大致称其满足EMC 3级或EMC 4级的要求。大部分的工业场景需要工业交换机至少达到EMC 3级、C判据,才能视为通过相关标准的测试要求,但部分对环境要求比较严苛的场景,如智能变电站,要求工业交换机达到EMC 4级、A判据,才能认定为能够在极为严苛的现场环境下工作。
六、威努特工业产品的EMC能力
威努特作为国内工控安全企业的领军厂家,专注于工业产品的开发,当前有着全系列工控安全产品及工业通信类产品。这些产品都有着高性能的电磁兼容:WIS6300/3200系列管理型工业交换机EMC电磁兼容性均可达到EMC 4级、A判据,WIS1100系列作为非管理型工业交换机,其静电、浪涌等工业现场会遭遇的关键指标也达到EMC 4级,其余项目满足EMC 3级的要求。威努特工业防火墙/工控安全检测和审计系统也都在EMC 4级强度的测试条件下,可以稳定的正常运行,没有任何丢包、宕机或损坏情况发生。其余如威努特IDS系列入侵检测产品、USM统一管理平台产品等均可达到最低EMC 3级的要求,能够在工业现场中稳定运行。
威努特工业交换机凭借其多样化的产品组合+高可靠的工业硬件设计,搭配上威努特高可靠的工业防火墙/工控安全检测与审计系统系列产品,为工业客户群体提供“安全+通信”的一站式解决方案。凭借高可靠的EMC电磁兼容性,威努特工业产品系列能够广泛应用于电力、市政、交通、石油化工等绝大部分工业场景。
⭐工业4级的EMC防护能力
⭐32Mbit超大包缓冲区
⭐最大支持4万兆光口上行
⭐支持基于硬件的IEEE 1588 V2,对时精度±100ns
⭐最大支持24个PoE接口,单端口输出可达30W
WIS3200系列管理型卡轨式工业交换机
⭐弱三层设备支持路由功能
⭐工业4级的EMC防护能力
⭐支持基于IEC 62439-2的高性能工业冗余协议
⭐支持基于硬件的IEEE1588 PTPv2,对时精度±100ns
⭐支持最多8个PoE接口,单端口输出功率可达30W
⭐最大支持24个千兆PoE供电,支持250m距离PoE供电
⭐支持巨型帧(Jumbo Frame)传输
⭐非管理型即插即用
⭐优秀的EMC防护等级,抗静电干扰ESD等级达到4级
⭐针对工业控制系统环境设计开发的监测审计系统
⭐产品功能更适合工控场景,具备多种专为工控场景开发的监测功能
⭐支持40多种常用工业协议进行深度报文解析,可针对工业现场业务交互制定专业的安全规则
⭐实时监测工控网络内部的网络连接,发现异常及时告警并记录
⭐集中管理,管理精度高
⭐安全策略全
⭐安全运维智能化
⭐安全可视化
⭐资产管理覆盖全生命周期
⭐工业现场特色明显
北京威努特技术有限公司(简称:威努特)是国内工控安全行业领军者,是中国国有资本风险投资基金旗下企业。凭借卓越的技术创新能力成为全球六家荣获国际自动化协会ISASecure 认证企业之一和首批国家级专精特新“小巨人”企业。
威努特依托率先独创的工业网络“白环境”核心技术理念,以自主研发的全系列工控安全产品为基础,为电力、轨道交通、石油石化、市政、烟草、智能制造、军工等国家重要行业用户提供全生命周期纵深防御解决方案和专业化的安全服务,迄今已为国内及“一带一路”沿线国家的4000多家行业客户实现了业务安全合规运行。
作为中国工控安全国家队,威努特积极推动产业集群建设构建生态圈发展,牵头和参与工控安全领域国家、行业标准制定和重大活动网络安全保障工作,始终以保护我国关键信息基础设施网络空间安全为己任,致力成为建设网络强国的中坚力量!
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