...
...

Кое-что о заклинании духов

Кое-что о заклинании духов

- Вы умеете играть на рояле?- Нет.- Так зачем же вы за ним сидите?- Чтобы не сел кто-нибудь, кто думает, что умеет. (английский анекдот)

Честно говоря, я долго откладывал этот разговор, не люблю высказываться о том, в чем не уверен до конца. Но надо же как-то закончить тему о влиянии помех в электросети на работу (и исправность) персоналок! Профессионалы питания, узнав о моих планах, сразу сказали, что борьба с помехами - это чистое шаманство. Согласен. Понимаю и то, почему "шаманы" не спешат раскрыть свои секреты всему "племени". Однако есть некоторые базовые знания, которые должны быть доступны всем. Так что если вы крутой "охотник за привидениями" и считаете, что гоню базар, пишите сами, адрес редакции - на последней странице. А я начну, как умею.

Исходное положение 1) Персоналка и все подключенные к ней устройства должны быть надежно заземлены.

2) Все помехи, лезущие к ним по сетевому кабелю, подавляются фильтрами (блоков питания или дополнительными).

Но что значит "подавляются"? В идеале весь ток помехи должен преобразовываться в тепло и рассеиваться. В жизни так не бывает, проще этот импульс частично отразить назад в линию, а остаток закоротить на корпус. Или полностью отправить на корпус весь ток помехи - что еще проще (но не лучше). Если все наши устройства питаются от одного блока питания (как в лаптопе), то на этом разговор можно закончить. Если же мы имеем хотя бы два устройства с собственными блоками питания, соединенные сигнальным кабелем, то могут происходить интересные вещи. Взгляните на рисунок.

Сначала о том, что там нарисовано. Показана простейшая сеть из двух машин (допустим два кореша решили немного поDOOMать и связали свои тачки "шнурком" (нуль-модем на RS-232). Та же картина, если вместо одной из машин подключен какой-нибудь навороченный плоттер. Даже подключение дисплея к машине вполне подходит под эту схемку. Жирной линией выделен провод заземления. Как видно из рисунка, он образует петлю (или кольцо) - от клеммы "нейтраль" силового щита - к корпусу первой машины - по общему проводу сигнального кабеля на корпус второй машины - снова на клемму "нейтраль".

На первый взгляд нет ничего страшного. Но есть одна тонкость, которая может сделать всю схему неработающей: силовые кабели не идеальны, они имеют сопротивление и индуктивность. Прямоугольники, обозначенные буквой Z, отражают этот факт. Если внутри петли на корпусной провод не лезет никакое напряжение помехи, то по всей длине кабелей помеха будет одинакова (почти, с поправкой на распространение импульсов по длине кабеля). Эта ситуация показана на "осциллограммах" внутри рисунка. При этом напряжение помехи на корпусе относительно земли здания может существовать, но на работе системы оно не скажется, если отбросить наводки через электромагнитное излучение. (Если же наводки таковы, что их приходится учитывать - хватайте ноги в руки и уносите их подальше или требуйте у босса свинцовые трусы и каску. Как оказалось, техника более устойчива к электромагнитным излучениям, чем наше здоровье.) В идеале отсутствует и напряжение помехи между двумя любыми точками на земляной петле, отсутствует ток по земляной петле, и, что особенно важно, отсутствует ток помехи по общему проводу интерфейсного кабеля.

Как все идеальное, эта схема существует только в мечтах. У реального мира много способов добавить нам головной боли. То, что бывает реально, изображено на "осциллограммах" по внешнему полю рисунка. В сеть добавилось одно ("виртуальное" или реальное) устройство, вгоняющее ток помехи в корпусной провод машины 2. Этот ток распространяется в обе стороны - и в силовой кабель, и в сигнальный. Поскольку выходной сигнал интерфейса устанавливается относительно общего провода, помеха будет присутствовать и на информационных линиях, при этом относительно земли передатчика сигнал идеален. Но на приемной стороне (машина 1) напряжение на общем проводе сигнального кабеля будет навязано напряжением на корпусе машины 1, а на линии данных помеха останется! В результате при сильной помехе может быть неустойчивая связь или дрожащее изображение - если "машина 1" на нашем рисунке изображает дисплей. Возникает странная "неисправность" - машины в порядке, заземлены нормально, а связи нет. Пока найдешь, в чем причина - в плохо заземленном принтере... Кроме того, проходящий ток нагревает общий провод интерфейсного кабеля, что не прибавит здоровья ни ему, ни вам.

Кто виноват 1. Фильтры часть того (или все то), что не пропускают на выход, сбрасывают на корпус. Если в машине 1 стоит фильтр изолирующего типа, то она не вводит в корпусной провод дополнительной помехи. Если в машине 2 фильтр шунтирующего типа, то все напряжение помехи с силового провода идет на корпус, а это то же самое, что включение источника помехи.

2. На рисунке обе машины подключены к одному силовому шкафу. Так бывает часто, но не всегда. Также часто машины могут быть подключены к разным шкафам или к разным предохранителям. Что будет, если во втором шкафу параллельно к машине 2 подключено "нечто" и у него случилась "коза" фазы на корпус? Пока предохранитель выбьет, на корпус машины 2 (следовательно, и на сигнальных линиях интерфейса) попадет от нескольких до 110 вольт - в зависимости от качества разводки сети. Для интерфейсной карты машины 1 это может оказаться последним впечатлением. А может быть, и для "материнки" - слышал я и такие анекдоты.

3. Гром и молния! Молния порождает электромагнитный импульс. Земляная петля может сработать рамочной антенной, а наведенный в ней ток создать напряжение помехи вплоть до разрушительного. При этом чем шире петля - тем больше напряжение. Хорошо еще, что молнии в наших краях бьют не так часто. Зато хватает электросварок, трамваев, радиолокаторов. Даже сотовый телефон при некоторых условиях может нарушить связь.

4. Самый обычный случай - питание двух машин от разных щитов. Даже без всяких катастрофических случаев (вроде п.2) напряжения на клеммах "нейтраль" относительно земли здания могут отличаться. Это зависит и от примененной разводки, и от ее качества, и от соответствия нагрузки проекту, и от сотен других причин, вплоть до влажности воздуха в подвале. Особенно, если здание набито всяким промышленным оборудованием.

Что делать Сначала нужно подумать, а стоит ли вообще возиться. Если стоит, то нужно посмотреть, есть ли эта петля на самом деле: не все интерфейсы дают гальваническую связь по корпусам. Сети Token Ring, Local Talk (Apple) и Ethernet (с оговорками) не создают такой связи, и поэтому в них не образуются земляные петли. Интерфейс дисплея, принтера и RS-232 имеют общий провод земли, поэтому в них образуется земляная петля, что может быть причиной сбоев.

Token Ring и Local Talk схожи. В них сетевой адаптер каждой рабочей станции подключается к сети через специальное устройство, называемое MAU (Medium Attach Unit). В нем стоит специальный разделительный трансформатор, дающий гальваническую развязку корпуса рабочей станции от кабеля локальной сети. С нашей точки зрения вся разница между Token Ring и Local Talk в том, что для Local Talk указана необходимость удовлетворять категории В стандарта IEEE 587, то есть изоляция должна без нарушения выдерживать импульс 2,000 В, и пробить такой трансформатор может только прямое попадание молнии. Для Token Ring в стандарте IEEE 802.5 не содержится специальных требований к прочности изоляции, и поэтому для устройств от разных производителей устойчивость к пробою может различаться.

Ethernet, который у нас более популярен, может иметь соединители трех разных типов. Во-первых, 15-контактный разъем AUI для подключения к MAU или хабу, по тому же принципу, как в Token Ring. Изоляцию от кабеля локальной сети обеспечивает хаб. Но! Хаб в Ethernet - устройство активное, значит, могут образовываться земляные петли с участием как машины и хаба, так и разных машин, подключенных к одному хабу. Формально AUI способен обеспечить подключение к хабу на расстоянии до 100 м. Практически же не целесообразно делать связь более 10 м, и вообще стоит следовать тем же правилам, что и для RS-232. По-моему, этот тип соединения сделан для обеспечения психологической совместимости Ethernet с пользователями Token Ring, и я не вижу причин использовать его вместо, например, UTP. Докажите, что я не прав.

Во-вторых, "тонкий" коаксиальный кабель. MAU перенесен внутрь адаптера. Стандарт IEEE 802.3 четко требует гальванической развязки между оплеткой кабеля и шасси машины на частотах до 3 МГц и напряжениях ниже 500 В. Но там же записано требование иметь на частотах от 3 до 30 МГц сопротивление между оплеткой и шасси не более 15 Ом. Поэтому в адаптере между дорожкой, соединенной с оплеткой кабеля, и землей платы включают фильтрующий конденсатор и разрядник, настроенный на 500 В. Сделано это было давно и вполне сознательно. Для нас важно, что такое решение образует земляные петли для помех с частотой выше 3МГц и напряжением более 500 В, в результате работа сети может нарушаться. Я не предлагаю повыкусывать из платы лишние детали. Уменьшить возможность нарушений можно, выполняя простое требование стандарта: в каждом сегменте сети оплетка должна быть соединена с землей в одной, и лишь в одной, точке. Добиться этого проще, если коаксиал служит только для связи хабов, а станции подключаются к ним через UTP. Впрочем, соединить 2-3 машины в комнате можно и коаксиалом.

И наконец, в-третьих - UTP (Unshielded Twisted Pair, неэкранированная витая пара). Для этого соединения MAU также перенесен внутрь адаптера, а в стандарте содержатся четкие и жесткие требования по качеству и прочности изоляции. Никаких конденсаторов и разрядников на плате нет, поэтому образование земляных петель просто невозможно. Но поскольку кабель неэкранированный, то он может собирать на себя помехи из эфира.

В общем, если вы хотите собрать сеть Ethernet на коаксиальном кабеле, который лежит у вас на складе еще с застольных времен, а подрядчик убеждает вас купить у него хаб и бухту UTP, не спешите думать, что вас хотят "напарить". Может оказаться, что он лучше вас знает, что вам надо. А может быть, вы и правы...

Волоконно-оптический кабель по своей природе не способен создавать земляные петли, так что о нем и говорить нечего. Кроме цены.

Теперь посмотрим, что нам делать с теми интерфейсами, которые создают земляные петли. Из стандартных - это параллельный интерфейс принтера, последовательный RS-232 и дисплейный.

Проще всего с дисплеем. Бывает достаточно переставить его сетевую вилку в тот же удлинитель, что и системный блок, если они случайно включены в разные. Еще лучше воспользоваться выходом для питания дисплея, имеющимся на большинстве блоков питания машин (и специальным кабелем, естественно). Если этого недостаточно, чтобы убрать дрожь с экрана дисплея (а вы уверены, что он исправен?), включите все через фильтр. Надеюсь, не надо объяснять, почему все, а не только дисплей? Обычно этого хватает - кабель дисплея все-таки короткий и наводки на него малы.

С принтером бывает сложнее. И кабели часто длиннее, и ставят принтеры не рядом с машиной, как дисплей, а там, где они не мешают, в результате принтер и машина могут оказаться включенными в разные щиты. Всегда есть соблазн использовать один принтер на несколько машин, для чего ставят всякие переключатели интерфейса. Это, конечно, дешевле, чем тянуть Ethernet, но такие переключатели почти всегда объединяют общие провода всех подключенных машин - и готова даже не петля, а целый бантик. В общем, с принтером надо быть внимательным, знаю это по своему горькому опыту.

Наконец, RS-232. Интерфейс этот был разработан на заре времен и первоначально предназначался для подключения телетайпов к большим машинам. Старт-бит, стоп-бит - все это родимые пятна телеграфного аппарата системы Бодо. Затем его применили для подключения удаленных терминалов, затем еще много для чего. Но вырос этот интерфейс в тепличных условиях больших ВЦ, где с помехами линий электропитания боролись самыми суровыми методами. Затем его применили в первых ХТ - для подключения персоналки к тому же ВЦ в роли терминала. Когда машинки подросли и на них пошел UNIX - для подключения дополнительных рабочих мест. Вот тут и вылезла его врожденная хилость - не может он обеспечить безопасную работу вне ВЦ из-за помех по земляной петле. У нас этот вопрос долгое время был неактуален, все старались купить побольше машин, вязали их сетями. Из-за хилости РС'ишек система Unix была уделом отдельных фанатов, о RISC-станциях даже не мечтали. Времена меняются. Машины постепенно перестают быть престижным предметом, на них начинают работать. И те, кто умеет считать деньги, начинают понимать, что слишком жирно ставить по "пню" каждому из 3-4 работников управления, если все равно они используются как пишущие машинки. С тем же успехом и в 2-3 раза дешевле усадить каждого за терминал - и пусть "пень" докажет, что он знает многозадачность. Но возникает вопрос - как подключить эти терминалы? Проще всего по RS-232, но при этом легко нарваться на проблемы с земляными петлями.

Режьте, братцы, режьте! Меры борьбы бывают трех видов: 1) Не пущать. Задавить помехи до того, как они достигнут нашей сетки. Не допускать их появления внутри нее.

2) Давить и резать. Раз основной вред наносит земляная петля - разорвать ее. Пусть помеха будет, лишь бы не портила сигнал.

3) Если первые два способа невозможны - хотя бы добиться, чтобы техника не горела.

Для определенности далее будем говорить о подключении терминалов по интерфейсу RS-232, имея в виду, что для остальных меры борьбы будут в основном те же. Итак, вы решили построить многопользовательскую систему - машина и несколько рабочих мест, подключенных по RS-232.

Проверьте, какая у вас электросеть. Может, легче сразу переложить все провода, чем потом маяться с помехами.

Убедитесь, что все рабочие места и машина питаются от одного и того же предохранителя в одном и том же шкафу. Если у вас не более 10 станций и нагрузка позволяет - включите их всех в одну розетку через удлинитель.

Если машина и все рабочие станции питаются от одногопредохранителя и расстояния не превышают метров 20, то для нормальной работы осталось только одно - обеспечить, чтобы на этот же провод не была подключена какая-нибудь жужжалка с мотором. Вентилятор, кондиционер, холодильник, даже кофемолка все это ваши враги.

Если вы хотите использовать UPS, то лучше подключить к нему все сразу.

Если вам приходится делить одну фазу с холодильником, RS-232 должен быть защищен подавителем выбросов. Можно только со стороны машины, но лучше на обоих концах кабеля. Качество связи он не улучшит, но, по крайней мере, не даст спалить плату.

Если по всему выходит, что хотя бы одна станция будет питаться от другого предохранителя, попробуйте уговорить электрика переделать систему. Или хотя бы провести для станции провода от вашего шкафа. Вариант рискованный - вдруг кто переключит не в ту розетку, монтер может потребовать слишком много "наливай", тогда приходится разрезать земляную петлю. Рвать корпусной провод машины нельзя, остается сигнальный кабель. Можно использовать несколько способов, например, связать именно этот терминал по интерфейсу RS-485, или использовать для гальванической развязки специальный оптронный блок, или, наконец, соединить их через модем. Есть специальные "модемы коротких дистанций", которые, несмотря на свое название, позволяют соединяться по двухпроводной линии на расстояния до 10 км. Стоят они, правда, как большие. Так что, если силовые шкафы стоят рядом (по схеме!) и вы убеждены в качестве заземления между ними, рискните использовать просто подавитель выбросов. Может, повезет.

Но если эта станция в другом здании - только гальваническая развязка. Через модем или еще как - это уже ваше дело.

Отдельный разговор - подключение к машине обычного модема для городской телефонной сети. В специальной литературе можно такого начитаться про ужасы, творящиеся в телефонной розетке - не заснешь. Как они только пользуются телефоном без резинового коврика! В действительности не все так страшно. Телефонная линия подвержена всяким неприятностям, но для нашего спасения по нашим же стандартам на входе в каждое устройство, подключенное к линии, должен стоять специальный изолирующий трансформатор (как в сетевом адаптере), поэтому высоковольтные выбросы не должны проникать даже внутрь модема. Насколько мне известно, все модемы, допущенные на наш рынок, такую защиту имеют. Для большего спокойствия можете взять внешний модем.

Как выбрать защиту В рекламе можно встретить обещания решить все проблемы сети с помощью UPS. Не верьте. UPS, в принципе, не способен решить проблемы с шумами земляной петли, не для этого он сделан. Фильтр тоже не решение - по всем требованиям техники безопасности, да и здравого смысла, в цепь заземления нельзя включать никаких устройств. Фильтры и UPS'ы могут ухудшить землю, но не убрать с нее помеху.

Если у вас будет возможность взглянуть на схему (или хотя бы на внутренности) сетевого фильтра, обратите внимание, куда поступает напряжение сети. Если на дроссель, а с него на конденсаторы, то это фильтр последовательного (заграждающего, изолирующего) типа. Если на конденсаторы, а потом на дроссель - это фильтр параллельного (шунтирующего) типа. Первый дороже, так как обычно содержит два дросселя вместо одного, но зато обещает меньше забрасывать помех в корпусной провод. Все.

Неправильный выбор фильтра и UPS'а может испортить вам нервы, но если земля уже плохая, UPS вас не спасет. Иногда советуют запитать систему через изолирующий трансформатор (220/220 В). Этот прибор полностью гасит синфазную помеху на проводах питания, но она и так почти не влияет на работу локальной сети, ибо погибает в блоке питания машины. Следовательно, совет бесполезен.

Модемы короткой дистанции бывают разные. Не все обеспечивают гальваническую развязку. Следует выбрать такой, который выдерживает напряжение 3-6 кВ. Если же вы решили, что вам достаточно иметь просто защиту от выбросов, выбор будет шире. Еще один вариант - использовать RS-485 вместо RS-232. Есть достаточно простые устройства, преобразующие сигналы туда и обратно и обеспечивающие гальваническую развязку на оптронах. При дистанции менее 1 км это вполне достойный выход.

Защитники порта тоже бывают "упрощенные". Если в вашем кабеле имеются цепи аппаратного квитирования, то и защитник должен обеспечивать защиту по этим цепям, даже если софт их не использует. Иначе - приведите кабели в соответствие с софтом. И еще, если есть возможность выбора - берите защитник последовательного типа ("самовосстанавливающийся предохранитель"). Параллельный напрягает общую землю.

И последнее - по очереди, но не по важности. Правильно выбирайте кабели! В кабеле RS-232 есть два провода земли, для 25-контактного разъема это 7-й и "корпус". Убедитесь, что оба эти провода присутствуют в кабеле. Провод7 не предназначен для передачи больших токов, это сигнальный провод. Корпусной провод должен быть как можно толще, тогда есть надежда, что он сможет выровнять потенциалы корпусов соединенных машин и устранит межмашинную помеху. В фирменных кабелях - чем меньше номер кабеля, тем толще провод.

Вадим Чесноков


© Компьютерная газета

полезные ссылки
Аренда ноутбуков