Nowe cyberbezpieczne rozwiązania pozwalające na ochronę przed zakłóceniami EMI we współczesnym przemyśle

Niniejszy artykuł przedstawia zaawansowane rozwiązania EMC, czyli w jaki sposób postępy technologiczne, jak kompatybilne elektromagnetycznie (EMC) subrack od nVent SCHROFF, mogą zwiększyć odporność współczesnych systemów i aplikacji przemysłowych, w tym kolejowych.

Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) jako nieustanne zagrożenie dla systemów sygnalizacyjnych kolei

Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) pozostają niezmiennym zagrożeniem dla systemów sygnalizacyjnych kolei. Pojazdy szynowe posiadają złożone systemy elektroniczne, które są szczególnie wrażliwe na EMI. Wraz z rozwojem cyfrowej kolei, komunikacji bezprzewodowej, urządzeń IoT oraz mikroelektroniki wbudowanej w tabor kolejowy, wyzwania związane z EMI stają się coraz bardziej złożone. Wykorzystanie tych technologii wymaga solidnej ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi, aby zapewnić ich prawidłowe funkcjonowanie.
Odpowiedzialność za zarządzanie tymi zagrożeniami często spoczywa na dostawcach komponentów dla taboru kolejowego lub infrastruktury. Dostawcy tego rodzaju muszą posiadać zarówno kompleksową wiedzę związaną ze specyfiką EMI, jak i świadomość ryzyk związanych z wdrożeniami w środowisku kolejowym. Dla przykładu telekomunikacja 5G może wymagać częstotliwości sięgających do 40 GHz, a nawet do 100 GHz. Może to powodować zakłócenia systemów sygnalizacyjnych kolei.

Standardy dotyczące zakłóceń radiowych również będą ewoluować w odpowiedzi na nowe zagrożenia. Europejskim standardem dla taboru kolejowego jest norma EN 50155, która odwołuje się do normy EN 50121-3-2. Ta z kolei nawiązuje do normy EN 61000-5-7. Obejmuje ona wymagania dotyczące wydajności, technik testowania, pomiarów oraz poziomów ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi do 40 GHz.

Branża lotnicza i morska w odniesieniu do rozwiązań nVent Schroff

W branży lotniczej i obronnej zadania związane z zapobieganiem zakłóceniom, realizowane na przykład w obszarach takich jak radary morskie czy mobilny sprzęt obronny, mogą być przenoszone także do sektora kolejowego. W ofercie CSI znajdują się wzmocnione zasilacze sieciowe AC/DC z pojedynczym wyjściem oraz płyta konwertera DC/DC. Produkty te minimalizują zakłócenia, zapewniając optymalny poziom cyberbezpieczeństwa. Systemy VPX firmy nVent SCHROFF są typowo stosowane na statkach marynarki wojennej, zintegrowane w szafach MIL jako element systemów radarowych, a także w mobilnych systemach obrony i nadzoru. Te rozwiązania wykorzystują dwa poziomy ekranowania wokół kart oraz filtr wlotu powietrza w kształcie plastra miodu, który minimalizuje zakłócenia, jednocześnie utrudniając przechwytywanie sygnałów.

Systemy VPX firmy nVent Schroff. Zastosowania i zaawansowana ochrona EMC

Systemy VPX firmy nVent SCHROFF są powszechnie stosowane na statkach marynarki wojennej, zintegrowane w szafach zgodnych ze standardami MIL jako część systemów radarowych, a także w mobilnych systemach obronnych i nadzorczych. Rozwiązania VPX wykorzystują dwa poziomy ekranowania wokół kart wewnątrz obudowy oraz filtr wlotu powietrza o strukturze plastra miodu. Dzięki temu minimalizuje on zakłócenia, jednocześnie utrudniając przechwytywanie sygnałów.

Nowe technologie wspierające przyszłe aplikacje kolejowe

Emerging technologies, takie jak komputery kwantowe i systemy akwizycji danych dla autonomicznych pojazdów, mogą znaleźć zastosowanie w kolejowych systemach konserwacji. Systemy te wymagają jednak obudów i szaf, które kładą duży nacisk na mechaniczną ochronę EMC wewnątrz chassis. Tego rodzaju rozwiązania muszą oferować rozległe ekranowanie, aby zapobiec zakłóceniom danych testowych oraz modułów zegarowych.
W zastosowaniach testowych i pomiarowych ekranowanie mechaniczne jednostek zasilających (PSU) oraz klatek kart jest niezbędne, aby chronić moduły zegarowe i dane testowe przed negatywnym wpływem zakłóceń. Systemy ATCA zostały przetestowane pod kątem wydajności EMC do 40 GHz w aplikacjach telekomunikacyjnych. Ich konstrukcja koncentruje się na minimalizowaniu wrażliwości na zakłócenia i emisji. W tym poprzez zastosowanie dodatkowej warstwy siatki pod kartami dla zwiększonej ochrony. Systemy PXI również integrują takie rozwiązania EMI w swojej konstrukcji.

Jak zminimalizować ryzyko zakłóceń EMI?

Subrack EMC zwiększa skuteczność ekranowania EMI aż o 160% przy częstotliwości 40 GHz. Jak osiągnięto taki wynik? Podczas opracowywania tego rozwiązania szczegółowo przeanalizowano, jak liczba i rozmiar perforacji lub otworów wentylacyjnych w szafach czy obudowach wpływają na zachowanie EMC. Aby zachować skuteczność ekranowania przy wyższych częstotliwościach, wymagane są mniejsze otwory i perforacje, które muszą być jednocześnie dostosowane do wymagań produkcyjnych.
Opierając się na istniejącym projekcie do zastosowań kolejowych, nVent SCHROFF wprowadził ulepszenia, aby zapewnić odporność na zakłócenia EMI w przyszłych aplikacjach. Optymalizowana konstrukcja pokrywy górnej i dolnej maksymalizuje ochronę EMI, jednocześnie utrzymując podobne właściwości przepływu powietrza jak w poprzednim projekcie.
Zaktualizowana pokrywa górna została uzupełniona o podwójną siatkę i osłony paneli bocznych, co zapewnia dodatkowe zabezpieczenie perforacji bocznych. Dzięki tym ulepszeniom osiągnięto do 160% poprawy skuteczności ochrony przed zakłóceniami EMI.

Rola uszczelek i uszczelnień w ochronie EMC

Uszczelki i uszczelnienia odgrywają kluczową rolę w ochronie EMC, ponieważ zapobiegają przedostawaniu się lub wydostawaniu emisji elektromagnetycznych z obudowy. Dodatkowo zapewniają zgodność z normami regulacyjnymi oraz zwiększają niezawodność i trwałość urządzeń w trudnych warunkach środowiskowych.
Obecnie najbardziej znanym rodzajem uszczelnienia EMC jest sprężyna kontaktowa. Zwykle wykonana jest ona ze stali nierdzewnej lub miedzi, która doskonale sprawdza się w trudnych warunkach środowiskowych kolei.
Ostatecznie kluczowe jest zwrócenie uwagi na konstrukcję strukturalną obudów, subracków i szaf pokładowych, aby zapewnić skuteczną ochronę EMC. Dotyczy to m.in. rodzaju zastosowanych pokryw i paneli bocznych. W połączeniu z odpowiednimi uszczelkami i uszczelnieniami elementy te pomagają optymalizować przepływ powietrza, ograniczając przenikanie emisji elektromagnetycznych. Co razem tworzy produkt w pełni zgodny z wymogami EMC.

Znaczenie regularnych testów

Aby zapewnić wysoką jakość i zgodność z wymogami, dostawcy muszą regularnie testować swoje komponenty, wielokrotnie w ciągu roku. Szczególną uwagę należy zwrócić na monitorowanie składu materiałowego oraz jakości powierzchni, które bezpośrednio wpływają na skuteczność ochrony EMC.

Produkty nVent Schroff charakteryzują się następującymi parametrami technicznymi:

• Ekranowanie elektromagnetyczne: Skuteczność ekranowania do 60 dB przy 1 GHz, co zapewnia wysoką ochronę przed zakłóceniami zewnętrznymi.
• Konstrukcja mechaniczna: Solidne obudowy wykonane z wysokiej jakości materiałów, gwarantujące trwałość i odporność na czynniki zewnętrzne.
• Modularność: Systemy modułowe umożliwiają łatwą adaptację i rozbudowę w zależności od potrzeb aplikacji.
• Zgodność z normami: Produkty spełniają międzynarodowe standardy, takie jak IEC 60297-3-x oraz IEEE 1101.x, co zapewnia ich kompatybilność i niezawodność.

Zastosowanie rozwiązań oferowanych przez CSI jest obszerne wśród których wyróżnić można branże takie jak:

• Telekomunikacja: Ochrona i zarządzanie sprzętem sieciowym przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.
• Automatyka przemysłowa: Zapewnienie niezawodnej pracy systemów sterowania w trudnych warunkach elektromagnetycznych.
• Transport: Ochrona systemów elektronicznych w pojazdach przed zakłóceniami zewnętrznymi.
• Energetyka: Zabezpieczenie infrastruktury energetycznej przed wpływem zakłóceń elektromagnetycznych.

Wdrożenie systemów przynosi szereg korzyści, takich jak:

• Zwiększona niezawodność: Dzięki skutecznemu ekranowaniu EMC urządzenia działają bez zakłóceń, co przekłada się na ich dłuższą żywotność.
• Oszczędność kosztów: Minimalizacja przestojów i awarii związanych z zakłóceniami elektromagnetycznymi redukuje koszty operacyjne.
• Elastyczność: Modularna budowa systemów umożliwia ich łatwą adaptację do zmieniających się potrzeb technologicznych.
• Zgodność z przepisami: Spełnienie międzynarodowych norm zapewnia legalność i bezpieczeństwo użytkowania produktów.

Źródło: strona internetowa nVent Schroff