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产业以太网交流机和平凡交流机的区别

信息泉源:本站 日期:2016-08-28 

产业以太网交流机和平凡交流机的区别次要表现在功用和功能上。

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功用上的区别次要是指:产业以太网交流机在功用上与产业网络通讯更靠近,比方与种种现场总线的互通互联、设置装备摆设的冗余以及设置装备摆设的及时等;而功能上的区别则次要表现在顺应外界情况参数的差别。产业情况除了有许多如:煤矿、舰船等特殊恶劣的情况外,另有在EMI(电磁兼容性)、温度、湿度以及防尘等方面有特别要求的情况。此中温度对产业网络设置装备摆设的影响面是最普遍的。


本文次要阐述温度这一紧张参数对产业网络交流机的影响。而关于功用方面以及功能其他方面的参数这里不再赘述。


一、权衡设置装备摆设牢靠性的目标


牢靠性是指产物在规则的条件下和规则的工夫内,完陈规定功用的才能。任何产物不管是机器、电子,照旧机电一体化产物都有肯定的牢靠性,产物的牢靠性与实行、设计和产物的维护有着极大的干系。


权衡牢靠性的目标许多,罕见的有以下几种:


1.牢靠度R(t),即产物在规则条件下、规则工夫内完陈规定功用的概率,亦称均匀无端障工夫MTBF(mean time between failure);


2.均匀维修工夫MTTR是指产物从发明毛病到规复规则功用所需求的工夫;


3.生效率λ(t),是指产物在规则的运用条件下运用到时辰t后,产物生效的概率。产物的牢靠性变革普通都有肯定的纪律,其特性曲线外形像浴盆,通常称之为“浴盆曲线”。在实行和设计初期,由于产物设计制造中的错误、软件不美满以及元器件挑选不敷等缘由而形成晚期生效率高;经过修正设计、改良工艺、老化元器件、以及零件实验等,使产物进入波动的偶尔生效期;运用普通工夫后,由于器件消耗、零件老化以及维护等缘由,产物进入了消耗生效期。这便是牢靠性特性曲线呈“浴盆曲线”型的缘由。权衡一个电子产物、尤其是产业类产物最常用的是MTBF,也便是均匀无端障工夫。


二、温度和MTBF的干系


由于古代电子设置装备摆设所用的电子元器件的密度越来越高,这将使元器件之间经过传导、辐射和对流发生热耦合。因而,热应力曾经成为影响电子元器件生效率的一个最紧张的要素。关于某些电路来说,牢靠性简直完全取决于热情况。以是,为了到达预期的牢靠性目标,必需将元器件的温度低落到实践可以到达的最低程度。有材料标明:情况温度每进步10℃,元器件寿命约低落1/2。这便是著名的“10℃规律”。


MTBF测试:现在外洋普遍接纳Bellcore的RPP(Reliability Prediction Procedure)来丈量设置装备摆设的MTBF,这此中包罗晶体管数目、功率衰减以及情况参数。我们剖析此中用电扇散热的24口网络交流机的检测陈诉,在情况温度为30℃,40℃,50℃时,无电扇交流机和有电扇交流机的测试后果为:


无电扇散热   有电扇散热


30℃   10年   8年


40℃   9.5年   7.5年


50℃   8年      7年


别的,我们经过TSC实行室的温度测试中还发明了两个后果:


1.假如不接纳任何散热步伐,一台24口的交流机(不含光口)正常任务4小时后,它的机内温度要比四周的情况温度高约40℃;而接纳电扇降温的异样的交流机的机内温度只比四周的情况温度高约15℃。


2.机内温度到达85℃时,实践上温度曾经开端影响到了机内主板许多芯片器件的寿命,也便是说,假如不接纳很好的散热步伐,在内部情况温度为45——50℃时,交流机的MTBF会大大降落。


由此可见,温度关于产业网络产物的影响黑白常大的,假如像商用交流机一样接纳电扇降温,可以无效低落机内温度而延伸设置装备摆设的MTBF,但电扇自身的寿命又十分无限(2.28年)(由SANYO FAN DATA SHEET 给出的数据)。


产业类设置装备摆设差别于商用设置装备摆设,每每是一开机就终年运转,并且运转的情况也每每较恶劣,沙尘、虫豸、湿润都市间接影响电扇的运转。一个质量好的交流机,电扇运用寿命普通在20000小时,电扇到了年限当前,检测并改换就变得十分紧张。由于自动散热性交流机在设计时散热次要便是靠电扇散热,一旦电扇生效而不实时改换,“10℃规律”将会起作用:机内情况温度每进步10℃,元器件寿命就低落1/2。交流机的机内积热将会疾速招致交流机功能的降落,直至好换机解体。因而,产业交流机的散热零碎设计,也便是热设计就显得尤为紧张了。


三、热设计


正是由于过低温度对产业网络设置装备摆设的影响是致命的,以是在设计这类产物时,除了设置装备摆设的元器件要选择宽温度范畴的产业级元器件外,更要充沛注重设置装备摆设的热设计。


电子产物的热设计次要包罗散热、加装散热器和制冷三类技能,这里笔者次要讨论产业网络设置装备摆设中的散热技能和加装散热器技能。


(一)散热使用中常接纳的办法


第一种是传导散热办法,可选用导热系数大的资料来制造传热元件,或减小打仗热阻并只管即便延长热途径。


第二种是对飘泊热方法,对飘泊热方法有天然对飘泊热和逼迫对飘泊热两种办法。天然对飘泊热应留意以下几点:


设计印制板和元器件时必需留出多余空间;


布置元器件时,应留意温度场的公道散布;


充沛注重使用烟囱拨风原理;


加大与对流介质的打仗面积。


逼迫对飘泊热方法可接纳风机(如盘算机上的电扇)或双输出口推拉方法(如带换热器的推拉方法)。


第三种是应用热辐射特性方法,可以接纳加大发热体外表的粗糙度、加大辐射体四周的情况温差,或加大辐射体外表的面积等办法。


(二)加装散热器


产业电子类设置装备摆设在热设计中,最常接纳的办法是加装散热器,其目标是控制半导体的温度,尤其是结温Tj,使其低于半导体器件的最大结温Tjmax,从而进步半导体器件的牢靠性。半导体器件和散热器装置在一同任务时包括:半导体器件内热阻RTj、结温Tj、壳温Tc、散热器温度Tf、情况温度Ta及半导体器件的运用功率Pc。


散热器的热阻RTf应为:RTf=(RTj-Ta)/Pc-RTj-RTc


散热器热阻RTf是选择散热器的次要根据。Tj、RTj是半导体器件提供的参数,Pc是设计要求的参数,RTc可以从热设计专业册本中查到。上面引见一下散热器的选择。


天然冷却散热器的选择


起首盘算总热阻RT和散热器的热阻RTf,即:


RT=(Tjmax-Ta)/Pc


RTf=RT-RTj-RT。


算出RT和RTf之后,可依据RTf和Pc来选择散热器。选择时,依据所选散热RTf和Pc曲线,在横坐标上查出已知Pc,再查出与Pc对应的散热器的热阻R'Tf。


依照R'Tf≤RTf的准绳,选择公道的散热器即可。


2.逼迫风冷散热器的选择


逼迫风冷散热器在选择时应依据散热器的热阻RTf和风速来选择适宜的散热器。


3.散热电扇的设计


平凡商用交流机的电扇,任务不断处于全速(Full SPD)形态,除其形成电能糜费、增大零件乐音外,还会添加不用要的电源发热,机箱内尘土过多聚集等。更紧张的是电扇在全速形态时其寿命约为2万小时,也便是2.28年(由SANYO FAN DATA SHEET 给出的数据),2万小时后电扇转速会逐步降落,给零件带来不波动要素。但由于没有监控单位,这种隐患很难发明:比方当交流机丢包率逐步上升时,并不容易查到是由于电扇老化转速低落及尘土聚集太厚招致机箱内要害部件温度降低所致。


产业交流机应运用高速(High SPD)电扇并带有智能监控电路,及时监测和控制网络交流机的运转情况,比方监控机箱电扇、主交流芯片温度、机箱温度,光收发器件温度等,这也便是我们所说的“智能电扇”。


交流机任务进程中智能监控电路会依据被测元件的温度或电扇转速信号主动调理电扇转速,给网络交流机散热。电扇的转速次要与交流机负载和情况温度有关。在情况温度肯定时,当交流机数据负载加重时,功耗减小,电扇转速主动低落,当交流机数据负载减轻时,功耗加大,电扇速转速主动上升。在数据负载肯定的状况下,当交流机处在高温情况时,电扇转速主动低落,处在低温情况时电扇转速主动降低。在低温高负载状况下,电扇可处在应急高速(High SPD)形态,比全速(Full SPD)形态更能包管网络平安运转。


4.智能电扇控制器运转特性


接纳智能电扇控制技能后可延伸电扇寿命,增加机内尘土聚集、低落电扇噪声,浪费电量运用,包管零碎无效任务。别的控制器不只能对电扇生效停转、温度超越戒备线提供报警,并且关于由于老化或风道阻力非常增大、转速低于正常值或监测点温度非常降低等后期隐患均能给出相应的中英文语音提示,方便网络办理职员将变乱清除在抽芽阶段。


综上所述,由于产业以太网交流机所处的情况的特别性以及运用时的特别性(不克不及停机),在凑合上下温,次要是低温情况时接纳的对策与平凡交流机有许多差别的。


(1)关于较低功率状况,普通P≤10W时,只管即便不接纳电扇散热,而接纳天然散热,假如经过天然对流,或许增大外壳面积、外壳褶皱,或许接纳导热较好的型材,如铝等。


(2)关于功率较大状况,P≥15W时,尤其是有多个光口,乃至是多个单模光口的状况下,不克不及靠天然散热处理题目时,应该接纳自动散热方法处理热题目。而自动散热方法现在次要是指加装电扇,但由于产业网络设置装备摆设不克不及停机且要临时运转的特别性,电扇的运用应有如下思索。


①电扇差别于平凡电子设置装备摆设的电扇,它应是智能的,智能电扇在运用寿命以及功用上与平凡电扇有质的区别。


②智能电扇应设计为可以热插拨的,也便是在零碎不绝机状况下,假如智能电扇零碎报警(任务寿命到期等)状况下,可以在线改换电扇。接纳了以上热设计和散热步伐,就可以大大进步网络设置装备摆设的MTBF,延伸其寿命,从而避开规律,使产业网络设置装备摆设的元器件临时任务在一个“波动,舒服”的温度情况中,如许“10℃规律”就不起作用,如许也就包管了主动化进程中通讯零碎的波动和牢靠性。



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