20062024.pdf

ОБЗОР /АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

Виктор Гарсия

Единая платформа шкафов

для электронного

оборудования VARISTAR

для любых применений

Описана технология использования единой платформы при проектировании шкафов

семейства VARISTAR фирмы Schroff, подробно рассмотрены вопросы сейсмостойкости

и электромагнитной защиты шкафов, а также методика их испытаний.

В ВЕДЕНИЕ

Каждая область применения предъ

являет к шкафам для электронного обо

рудования свои требования. Например,

для защиты чувствительного электрон

ного оборудования в системах промыш

ленной автоматизации требуются шка

фы, стойкие к воздействию неблаго

приятных внешних условий (удары,

вибрация, электромагнитные помехи,

проникновение пыли и воды) и имею

щие огромное разнообразие конфигу

раций панелей, крышек и крепёжных

элементов, а также надёжную систему

заземления. Кроме того, происходит

непрерывное совершенствование нор

мативной базы, регулирующей приме

нение электронного оборудования и

корпусов для его размещения, в частно

сти, ужесточаются нормы по электро

магнитной совместимости и защите ок

ружающей среды. В таких постоянно

изменяющихся условиях оптимальный

выбор шкафа для конкретного прило

жения становится трудным – хотя на

рынке представлены самые разнообраз

ные решения, в случае изменения тре

бований к шкафу может понадобиться

переход на другой шкаф. При этом не

избежны издержки, связанные с несо

вместимостью принадлежностей и кре

пёжных элементов различных шкафов

между собой, что в долгосрочной пер

спективе ведёт к увеличению совокуп

ной стоимости владения системой.

Один из вариантов решения проблемы

уменьшения издержек при одновремен

ном расширении модельного ряда дав

но применяется крупными производи

телями автомобилей (Volkswagen, Ford,

GM) – это использование единых уни

фицированных платформ (двигатель,

шасси) для производства различных ав

томобилей под разными торговыми

марками и для разных рынков. Реализо

вать данную идею в области шкафов для

электронного оборудования удалось

при разработке новой платформы шка

фов VARISTAR (рис. 1) компании

Schroff (Германия).

6)военные при

менения.

При этом к

шкафам предъяв

ляются самые

разнообразные

технические тре

бования, которые

для различных

рынков частично

совпадают, а час

тично противоре

чат друг другу

(табл. 1).

Итак, необхо

димо было соз

дать семейство

шкафов для элек

тронного обору

дования, имею

щих общие прин

ципы конструк

ции и полностью

совместимые ме

жду собой кре

пёжные элемен

ты и принадлеж

ности, удовлетворяющих требованиям

всех перечисленных ключевых рынков

и при этом имеющих разумные цены.

Наиболее рациональный и красивый

способ решения этой сложной зада

чи – создание унифицированной плат

формы шкафов.

О СНОВНЫЕ ИДЕИ

И КОНЦЕПЦИЯ ПЛАТФОРМЫ

Исследование рынка и подробные

консультации с представителями раз

личных отраслей экономики позволи

ли выделить несколько ключевых рын

ков, предъявляющих к шкафам для

электронного оборудования специаль

ные требования:

1) промышленная автоматизация;

2)транспорт и дорожное хозяйство;

3)атомная промышленность и энерге

тика;

4)контрольноизмерительное оборудо

вание;

5)телекоммуникации и обработка дан

ных;

Рис. 1. Универсальный

шкаф VARISTAR

www.cta.ru

СТА 2/2006

ОБЗОР / АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

Таблица 1

чем 19дюймовое оборудование стан

дарта МЭК 60297.

Стандартные размеры каркасов, до

ступные для заказа, находятся в диапа

зоне:

высота от 1200 до 2200 мм;

ширина 600 или 800 мм;

глубина от 300 до 1000 мм.

Требования к шкафам для электронного оборудования

Контрольно

измеритель

ное оборудо

вание

Телекомму

никации

и обработка

данных

Промыш

ленная ав

томатизация

Транспорт

и дорожное

хозяйство

Атомная про

мышленность

и энергетика

Военные

примене

ния

Рынки

Прочность

(стабильность)

Высокая допустимая

статическая нагрузка

–

М ЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

И СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ ШКАФА

При разработке конструкции шкафа

в неё закладывалась возможность про

тивостоять не только весовым статиче

ским нагрузкам (это один из основных

параметров для любых шкафов), но и

динамическим нагрузкам, которые мо

гут воздействовать на шкаф с оборудо

ванием в процессе его нормальной ра

боты (например при установке на под

вижном объекте – корабле, автомоби

ле, самолете, или вблизи промышлен

ного оборудования), а также в процес

се его транспортировки к месту уста

новки и, главное, во время непредви

денных катаклизмов (землетрясения,

воздействие ударной волны). Послед

нее является наиболее важным, так как

существуют такие отрасли, например

атомная, где требования по сейсмо

стойкости оборудования являются оп

ределяющими.

Стандартный (SlimLine) каркас рас

считан на допустимую статическую на

грузку 400 кг и воздействие динамиче

ской нагрузки (удары, вибрации) в пре

делах норм, определяемых стандартом

МЭК 615871. Для испытания на воз

действие динамических нагрузок шкаф

с установленными в нём эквивалентами

нагрузки общей массой 150 кг крепят к

вибростолу (рис. 4) и затем подвергают

серии ударных и вибрационных воздей

ствий в соответствии с требованиями

стандарта по группам DL5 и DL6. В со

ответствии с формулировкой стандарта

изделия группы DL5 (удар – ускорение

до 5g, длительность 11 мс; вибрации –

ускорение до 0,5g в диапазоне частот от

5 до 100 Гц) допускается использовать

на подвижном составе железных дорог,

в системах управления дорожным дви

Устойчивость

к динамическим

нагрузкам

–

Стойкость к вибрации

и ударам

Электромагнитная

защита

–

Сейсмостойкость

Защита IP (от проник

новения воды и пыли)

–

Широкий диапазон

рабочих температур

–

Возможность

климатизации

оборудования

Легкость монтажа

и обслуживания

–

Привлекательный

дизайн

–

Разумная цена

Примечание.

++ — требуется;

фигурацию (что позволяет использо

вать одни и те же двери, боковые стен

ки, верхние и нижние панели с разны

ми каркасами), и скошены под углом

45°. Эти скошенные поверхности ис

пользуются для размещения уплотни

телей и проводящих экранирующих

прокладок, что позволяет исключить

сам каркас шкафа из числа элементов

электромагнитной защиты и не нано

сить на него гальванических проводя

щих покрытий, существенно умень

шив тем самым стоимость решения.

Сложная система отверстий в кре

пёжной части профиля позволяет точ

но и надёжно крепить к нему аксессуа

ры с шагом 25 мм, при этом работу по

монтажу последних можно осуществ

лять как изнутри, так и снаружи шка

фа. Кроме того, каркас стандартного

шкафа соответствует требованиям те

лекоммуникационного стандарта ETSI

и имеет спереди проём шириной

535 мм, что позволяет монтировать в

шкаф оборудование метрического

стандарта МЭК 60917, более широкое,

— приветствуется;

–

— не играет существенной роли.

К АРКАС ШКАФОВ VARISTAR

Каркас шкафов VARISTAR выпол

нен сварным (неразборным) и изготав

ливается из патентованного стального

профиля замкнутого сечения, прова

ренного по всей длине. Этот профиль

имеет максимальную жёсткость и

сложную систему отверстий для удоб

ного крепления в шкафу аксессуаров и

оборудования. Профиль изготавлива

ется в двух вариантах – стандартном и

усиленном, имеющих одинаковую

конструкцию внутренней (крепёжной)

части и отличающихся мощностью пе

редней (наружной) части (рис. 2 и 3).

Для удовлетворения требований

максимального количества потребите

лей в рамках платформы VARISTAR

существует два варианта конструкции

каркаса шкафа – стандартная (Slim

Line) и усиленная (HeavyDuty). У кар

каса стандартного шкафа вертикаль

ные и продольные рёбра изготовлены

из стандартного профиля, а попереч

ные ребра – из усиленного профиля. У

каркаса усиленного шкафа все рёбра

изготовлены из усиленного профиля.

Наружные грани рёбер каркаса, из

готовленных как из стандартного, так и

из усиленного профиля, идентичны по

форме и образуют симметричную кон

Рис. 2. Стандартный профиль

Рис. 3. Усиленный профиль

СТА 2/2006

www.cta.ru

ОБЗОР / АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

Таблица 2

Обозначение степеней защиты оборудования от проникновения воды и пыли (IP)

Степень

защиты

Защита от твёрдых тел

Защита от влаги

Защита отсутствует

Защита от тел диаметром более 50 мм

Защита от вертикально падающих капель воды

Защита от тел диаметром более 12 мм Защита от капель воды, падающих под углом до 15°

от вертикали

Защита от дождя, падающего под углом до 60°

от вертикали

Защита от тел диаметром более 2,5 мм

Защита от брызг воды, попадающих на оболочку

с произвольного направления

Защита от тел диаметром более 1 мм

Проникновение пыли не приводит

к нарушению работоспособности

изделия (системы)

Защита от струи воды, выбрасываемой

с произвольного направления

Проникновение пыли полностью

исключается

Защита от сильной струи воды, выбрасываемой

с произвольного направления

Рис. 4. Испытания шкафа на воздействие

динамических нагрузок в лаборатории

Sopemea (Париж)

Защита от проникновения воды при погружении

на глубину порядка 150 мм

Не предусмотрена

Защита от проникновения воды при погружении

на глубину, определяемую изготовителем

Не предусмотрена

жением, а также в непосредственной

близости от вращающихся агрегатов

промышленного оборудования. Изде

лия группы DL6 выдерживают более

сильные динамические нагрузки

(удар – ускорение до 5g, длительность

11 мс; вибрации – ускорение до 1g в

диапазоне частот от 5 до 100 Гц) и могут

использоваться на судах и кораблях, а

также в некоторых военных областях.

В результате испытаний подтвержде

но соответствие шкафов VARISTAR

указанным требованиям с заметным

запасом.

Если в шкафу требуется установить

оборудование общей массой более

400 кг или необходима сейсмостой

кость, то используют шкаф с усилен

ным каркасом.

Усиленный (HeavyDuty) каркас рас

считан на допустимую статическую на

грузку до 800 кг и является сейсмостой

ким в соответствии с требованиями

стандарта МЭК 615872. Для испыта

ния на сейсмостойкость (рис. 5) шкаф

с установленными в нём эквивалента

ми нагрузки общей массой 250 кг уста

навливают на специальный стенд и за

тем подвергают ударновибрационным

воздействиям особой формы и боль

шой (до 35 с) длительности (рис. 6),

имитирующим реальное землетрясе

ние, соответствующее по параметрам

условиям зоны 3 и зоны 4 по стандарту

Bellcore.

Оценка результатов испытаний про

изводится путём измерения максималь

ного смещения верхней части шкафа

относительно жёстко закреплённого ос

нования – оно не должно превышать

50 мм. Кроме того, оборудование, раз

мещённое в шкафу, не должно быть по

вреждено, двери шкафа должны сво

бодно открываться, замки должны быть

в работоспособном состоянии.

В результате испытаний подтвержде

но соответствие шкафов VARISTAR тре

бованиям стандарта Bellcore зона 3, а с

минимальным усилением (одна пара за

глубляющих распорок) — Bellcore зона

4, что позволяет использовать шкафы в

любой сейсмоопасной зоне после серти

фикации в соответствующей нацио

нальной сертификационной системе.

проникновения воды и пыли (не ниже

IP55, табл. 2) и/или электромагнитно

го экранирования.

С физической точки зрения защита

от проникновения воды и пыли осуще

ствляется при помощи установки мяг

ких (чаще всего резиновых) упругих

прокладок между каркасом и панелями

шкафа, а электромагнитная защита

достигается при помощи создания во

круг размещённого в шкафу оборудо

вания замкнутого проводящего конту

ра (так называемой клетки Фарадея).

Традиционно для создания контура ис

пользовались проводящие гальваниче

ские покрытия (цинкование, желтое

хроматирование), которые необходимо

было наносить на все наружные пане

ли и сам каркас шкафа. Непрерывный

(по периметру) электрический контакт

между панелями и каркасом обеспечи

вался при помощи специальных мно

голепестковых пружин из нержавею

щей стали. Данная технология была

весьма дорогой и небезопасной с точки

зрения загрязнения окружающей сре

ды, поверхность металла (особенно

каркаса шкафа) с нанесёнными прово

дящими покрытиями со временем те

ряла привлекательный внешний вид,

З АЩИТА ОТ ПРОНИКНОВЕНИЯ

ВОДЫ И ПЫЛИ

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЗАЩИТА

Целый ряд приложений требует от

шкафа высокой степени защиты от

Время, с

Рис. 5. Испытания шкафа на сейсмостойкость

в лаборатории Sopemea (Париж)

Рис. 6. Пример сейсмограммы испытательного воздействия при испытании шкафа

на сейсмостойкость

www.cta.ru

СТА 2/2006

ОБЗОР / АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

пружины могли повреждаться при

многократном открывании и закрыва

нии дверей шкафов. Кроме того, боль

шую сложность представляло совмест

ное использование герметизирующих

прокладок и контактных пружин в том

случае, если в шкафу требовались оба

вида защиты.

Поэтому для шкафов VARISTAR бы

ла разработана новая концепция гер

метизации и электромагнитной защи

ты, обеспечивающая высокий уровень

экранирования в диапазоне частот до

3 ГГц и при этом не требующая нанесе

ния гальванических проводящих по

крытий (например жёлтого хроматиро

вания) на каркас шкафа, что с 2006 го

да запрещено Европейской директи

вой RoHS по защите окружающей сре

ды. Основная идея этой новой концеп

ции (рис. 7) – использование двух ви

дов уплотнительных прокладок, кото

рые наклеиваются на скошенные на

ружные поверхности каркаса и контак

тируют с наружными панелями шкафа.

Таким образом, можно, используя

один и тот же окрашенный обычной не

проводящей электрический ток по

рошковой краской каркас, получить 3

различных шкафа:

1) если не устанавливать прокладок, то

получим обычный офисный негер

метичный шкаф со степенью защиты

IP20;

2)если между каркасом и наружными

панелями шкафа установить резино

вую герметизирующую прокладку, то

получим промышленный шкаф, за

щищённый от проникновения воды

и пыли со степенью защиты IP55;

3)если поверх резиновой прокладки

установить прокладку из проводя

щей ткани и при этом использовать

наружные панели, имеющие по пе

риметру специальную зону с прово

дящим покрытием (оцинковка), то

мы получим герметичный шкаф с

электромагнитной защитой.

Использование прокладок, наклеи

ваемых снаружи на каркас шкафа,

также даёт выгоды при эксплуатации:

вопервых, прокладки могут быть до

полнительно установлены в уже

имеющийся шкаф в том случае, если

возникла необходимость увеличить

его степень защиты; вовторых, если

прокладка по какимто причинам по

вреждена, она может быть легко заме

нена новой. Испытания шкафа

VARISTAR в электромагнитной без

эховой камере университета Карлсруэ

(рис. 8) показали высокую эффектив

ность новой системы электромагнит

ной защиты.

Вместо требуемого стандартом МЭК

615873 ослабления электромагнитно

го излучения в 30 дБ на частоте 1 ГГц

было достигнуто ослабление в 60 дБ

(рис. 9).

Проведённые позднее совместно с

фирмой Siemens дополнительные ис

пытания в диапазоне более высоких

частот показали, что даже на частоте в

3 ГГц достигается ослабление около

30 дБ (рис. 10).

Условные обозначения:

1 — каркас шкафа; 2 — экранирующая

прокладка из проводящей ткани;

3 — резиновая герметизирующая прокладка;

4 — задняя панель шкафа.

Рис. 7. Схема электромагнитной защиты

шкафа VARISTAR

Частота, МГц

Условные обозначения:

Рис. 9. Сравнительный анализ уровня электромагнитной защиты шкафов производства

фирмы Schroff

Частота, МГц

Рис. 8. Испытания шкафа VARISTAR

в электромагнитной безэховой камере

университета Карлсруэ

Рис. 10. Результаты измерения уровня электромагнитной защиты шкафа со сплошной дверью

в диапазоне частот от 1 до 3 ГГц

СТА 2/2006

www.cta.ru

ОБЗОР / АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

При построении системы электро

магнитной защиты шкафа необходимо

также решить проблему кабельного вво

да, так как любое отверстие в шкафу

снижает уровень защиты. Использова

ние индивидуальных экранированных

кабельных сальников неудобно при

большом числе кабелей, и для шкафа

VARISTAR была разработана новая сис

тема экранированного группового ка

бельного ввода при помощи специаль

ного кабельного канала, уплотнённого

вспененным проводящим материалом,

контактирующим с экранами проло

женных в канале кабелей (рис. 11).

Данная система кабельного ввода

может размещаться в верхней или ниж

ней панели шкафа и обеспечивает уро

вень защиты до 70 дБ на частоте 1 ГГц.

Рис. 11. Схема организации группового

кабельного ввода с электромагнитной

защитой для шкафов VARISTAR

Держатели 19” панелей

Система крепёжных отверстий в

профиле, из которого изготовлен кар

кас шкафа, позволяет установить дер

жатели 19" панелей в шкафу шириной

600 мм на любой глубине (с шагом

25 мм) без использования заглубляю

щих распорок (рис. 12). Сами держате

ли 19" панелей также имеют добавоч

ные крепёжные отверстия для установ

ки дополнительного оборудования, в

том числе в вертикальном положении.

Крепление к каркасу любых аксес

суаров осуществляется при помощи

специальных передвижных гаек

(рис. 13), которые одновременно обес

печивают заземление закрепляемого

аксессуара.

Рис. 12. Держатели 19" панелей

О СОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

ПЛАТФОРМЫ ШКАФОВ

VARISTAR

Как уже говорилось в начале статьи,

использование технологии единых

унифицированных платформ при раз

работке шкафов позволяет достичь

совместимости и удобства использова

ния множества аксессуаров. Остано

вимся на конструктивных особенно

стях шкафа подробнее.

Рис 13. Передвижная гайка

Заглубляющие распорки

Заглубляющие распорки (рис. 14)

увеличивают жёсткость шкафа, позво

ляют крепить различное оборудование

в произвольном месте, необходимы

для крепления держателей 19" панелей

в шкафах шириной 800 мм. Кроме то

го, благодаря специальным выштам

повкам, к ним удобно крепить кабели

при помощи кабельных стяжек.

Двери и запорная система

Двери навешиваются на петли, обес

печивающие угол открывания дверей

180° даже для соединённых в ряд шка

фов (рис. 15).

Двери оснащены новой запорной

системой с встречным движением за

совов (рис. 16), обеспечивающей на

дёжный и равномерный обжим про

кладок между дверью и каркасом, что

предотвращает повреждение прокла

док при закрывании двери. Кроме то

го, система обеспечивает снижение

усилия на поворотной ручке замка.

Рис. 14. Заглубляющие распорки

www.cta.ru

СТА 2/2006

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: