Испытания промышленных контроллеров
Материал является продолжением статьи «Промышленные контроллеры – разработка конструкции в соответствии классом защиты IP54» и посвящен теме тестирования контроллеров серии РТ300 на соответствие требованиям стандарта IP54 по пыле- влагозащите. Напомним, что производимые нами ПЛК имеют две модификации – модель РТ330100 предназначена для стационарного использования, а модель РТ330200 – для монтажа на транспортных средствах, но вне зависимости от применения, каждая из моделей прошла тест на соответствие требованиям стандарта IP54.
Сложность задачи по разработке данных промышленных контроллеров заключалась в обеспечении высокой интеграции различных проводных и беспроводных интерфейсов связи в минималистичном корпусе, предназначенном для установки на рейку типа ТН35-7,5 по стандарту ГОСТ Р МЭК 60715-2003 (на DIN рейку), с обеспечением требований по электромагнитной совместимости (ЭМС) и внешними воздействующими факторами (далее ВВФ). ГОСТ 26883-86 описывает ВВФ следующим образом: «явление, процесс или среда, внешние по отношению к изделию или его составным частям, которые вызывают или могут вызвать ограничение или потерю работоспособного состояния изделия в процессе эксплуатации».
ВВФ классифицируют по следующим признакам:
· Механические ВВФ. Включают колебания (синусоидальная и случайная вибрация, акустический шум, качка, наклон, крен), удары (механический, гидравлический, сейсмический, баллистический, аэродинамический, удар взрывной волной), постоянное ускорение (линейное, угловое, центростремительное, невесомость), механическое давление (статическое, динамическое), силы (растягивающие, изгибающие, сжимающие, крутящий момент, механический срез, импульс силы), поток жидкости (течение).
· Климатические ВВФ. К ним относятся повышенная или пониженная температура среды, смена температуры, повышенные или пониженные влажность и давление, атмосферные осадки (дождь, град, роса, гололед, изморозь), туман, пыль (статическая, динамическая), солнечное излучение (ультрафиолетовое), ветер, среда с коррозионной активностью (атмосферная, водная, почвенная), ледово-снежная среда (лед, снежный покров).
· Биологические ВВФ. Это организмы или их сообщества, оказывающие внешние воздействия и вызывающие нарушение исправного и работоспособного состояния изделия. К ним относятся бактерии, плесневые грибы, растения и животные.
· Радиационные ВВФ. Включают ионизирующие излучения (альфа-, бета-, гамма-излучения, рентгеновское излучение, нейтронное, протонное излучения).
· ВВФ электромагнитных полей. К ним относятся электромагнитные поля.
· ВВФ специальных сред. Это неорганические и органические соединения, масла, смазки, растворители, топлива, рабочие растворы, рабочие тела, внешние по отношению к изделию, которые вызывают или могут вызвать ограничение или потерю работоспособного состояния в процессе эксплуатации или хранения.
· Термические ВВФ. К ним относятся тепловой удар (тепловое излучение взрыва), нагрев (аэродинамический нагрев, нагрев трением, нагрев тепловым потоком, пламя).
ЭМС и ВВФ – это большой пласт работы и испытаний, заслуживающий отдельных статей. В данной статье речь пойдет в основном о защите от климатических ВВФ и конкретно о защите от воды и пыли.
Изделие проектировалось с учетом требований, предъявляемым к устройствам и аппаратуре железнодорожной автоматики и телемеханики, с обеспечением запаса по широкому диапазону рабочих температур внешней окружающей среды от -40 до +80 °C.
Испытания тестовым зондом на IP40 прошли успешно: щуп диаметром 1 мм (на фото ниже) не смог проникнуть внутрь корпуса и нарушить работу контроллера.
Камера пыли для испытаний на пылезащиту по стандарту IP54 оказалась огромной, в нее можно и автомобиль загнать. Но больше, как говорится, не меньше.
Контроллер в камере пыли перед началом испытания
Необходимый размер частиц описан в стандарте. В нашем случае средний размер частиц пылевой смеси составил 75 мкм. Длительность испытаний – 8 часов при нормальных климатических условиях +25 °С и влажности 45 %.
Проверка работы изделия производилась дистанционно. После завершения воздействия пыли, дождавшись, когда пыль осядет, мы зашли в камеру и увидели «снежный» пейзаж. Сквозь слой бело-серой пыли наш контроллер поприветствовал нас светодиодами.
Работа изделия контролировалась с помощью веб интерфейса встроенного программного обеспечения контроллера. Все модули и системы отработали штатно.
Видео итогов тестирования на защиту от пыли:
После завершения всех проверок в камере пыли контроллер отключили, очистили снаружи от пыли и разобрали. Отметили, что внутрь корпуса пыль не проникла совсем. Хотя по стандарту допускается незначительное проникновение пыли в объеме, не влияющем на работу устройства.
Далее в камере дождевания провели испытание водой. Тест на дождевание по стандарту IP54, как и на пыль, тоже проходил в огромной камере, хотя изначально мы предполагали, что будет небольшая камера с качающей трубкой.
Когда начали искать существующие в РФ лаборатории с учетом их доступности, то остановились на лаборатории, которая предложила поливание из специального разбрызгивателя вручную под определенным давлением.
Контроллер с блоками в составе были закреплены в рабочем положении на доску, имитирующую поверхность, которая закреплена с помощью струбцин на стойках.
Видео испытаний на защиту от воды:
После испытаний был выполнен ряд проверок работоспособности системы, ее модулей и подключенных блоков. На фото ниже запечатлен процесс проверки работы модуля LTE и соединение с интернетом.
Веб страница открыта через соединение с контроллером по Wi-Fi
ПЛК работает в штатном режиме
Дождевание
Результат испытаний показал: «Внутри оболочки контроллера накопление воды на электроизоляционных частях и вблизи кабельных вводов не выявлено, попадание воды на части, находящиеся под напряжением, не обнаружено, нормальная работа оборудования не нарушена и его безопасность не снижена».
Краткие выводы
На практике уровня защиты IP54 вполне достаточно для большинства применений на улице. Свой корпус имеет однозначные плюсы с точки зрения получения свободы компоновки печатных плат и размещения всех модулей внутри корпуса, а также для решения вопросов отведения тепла и защиты от ВВФ. И еще, что тоже важно, свой корпус – это независимость от производителей готовых корпусов и возможности эволюционного развития изделия в будущем.
