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2012年2月15日、John Devies より:
私は、ジムの一部のランニング・マシンが突然急停止してランナーをその機械から危険な形で放り出し得る、 実際の EMC 問題に対処した。 ちょっとした作業の後で、重く遅いランナー達がその主電源に変動を引き起こしていたことを発見した。 これが次に他の機械のソフトウェアに変調を引き起こしたのであろう。 そのソフトウェアはより頑丈となるように修正され、その問題は解決した。
私は、重い、遅いランナーが発生させた変動を主電源ディップ/停電発生器で再現することができ、 そのランニング・ベルトの停止を引き起こした。 私は、ソフトウェアの修正がこの問題を除去したことも観察できた。 記憶が正しければ、そのソフトウェアの修正は「ワッチドッグ」機能に関係していた。
2012年2月16日、Richard Marshall より:
より具体的には、 John の引用した問題はほぼ確実に主電源波形のゼロ・クロス点の検出に関係している。 このタイミングはある (被害者の) 機械の電力制御のタイミングのために用いられており、 これは他の (加害者の) 機械が流れさせた奇妙な電流波形によって妨害された。
その問題は、アナログとデジタルのいずれかの領域でも解決できたであろう。 アナログ的な解決は、ディスクリートのコンポーネント、 おそらくはかなり大きいものを含んだことだろう。 デジタル的な解決は、ソフトウェアのフェーズ・ロックト・ループに関係するものとなろう。
私には、数年にわたり、この特定の問題が非常に深刻な結果を生じた2件の顧客がいた。 私の外部からの見解と John の内部からの見解とのあいだに何ら矛盾は見えない。 EMC の世界では、我々は往々にして不充分なデータから意見を出し、 あるいはアクションを取ったりしなければならない。
(Taken from an email thread with the permission of John Davies of EMC Goggles Ltd, www.emcgoggles.com, and Richard Marshall of Richard Marshall Ltd, www.design-emc.co.uk, both highly experienced and independent EMC expert consultants.)
私は、それを使う度に、我々の盗難警報システムの内部アラーム ――技術者による完全なパワー・ダウン・リセットによってのみ切ることができた―― を作動させていた、Orek 縦型真空掃除機を処分したところである。 通常のキーボード・リセット・コードは効果がなかった。 その盗難警報システムは、15年ほど前の、前 EMC 指令のものである。 その警報システムを置き換えるよりも新しい真空掃除機を買うほうが安かった。 そのシステムを強化するために床板を剥がすつもりは全くなかった。
(Kindly sent in on 18 Oct 2007 by Nigel Carter, now retired from QinietiQ.)
警告 - 無線周波干渉
任天堂 DS は、心臓ペースメーカーを含む近傍の電子機器の動作に影響を与え得る電波を放射し得る。
(From:http://www.nintendo.com/consumer/manuals/precautions_ds_english.jsp)
おそらく最も深刻な設計の失敗はマイクロプロセッサの予備電源の欠如であっただろう。 CPU が電源トランジェントに際して一時的に落ちた時、 それはメモリがランダムな状態で再始動し、そしてフェリーが制御を外れる。 もし船長が異常に気付いていれば手動制御に切り替えられたであろうが、 その状況のための警報は存在しなかった。
モーターの始動、あるいは船上の接地不良の自動販売機への硬貨の投入でさえも 時には推進器を停止させ、他の時には推進器のブレードの角度をランダムに変える、 その障害を引き起こすのに充分であった。 ブレードを特定の位置に動かすことはフェリーの逆進を引き起こし得るが、 通常は単にエンジンを過負荷として停止させるだけとなろう。 システムのグランドの混用がこの問題に寄与した。 ある船では、擦り剥けたワイヤが回路を接地させ、 エンジンを始動することで推進器のピッチを変えられるように、 あるいは推進器のピッチを変えることでエンジンを始動させられるようにした。 また、図面でそのように指定されていたにもかかわらず、 ほとんどのケーブルに電気的ノイズのためのシールドが設置されていなかった。
ソフトウェアとハードウェアの拙劣な文書化、 そしてフェリーによる不可解な違いが問題解決を妨げた、と Davis は言った。 制御システムのための DC 電源の設置とソフトウェアの変更が より厄介な問題のいくつかを除去したが、問題は残された。 1984年に Issaquah 級船舶に実験的に設置された油圧制御システムは デジタル・システムよりもゆっくりと反応し、 より多くの定期的な保守 (例えばシールの交換) を必要としたが、 1986年の Lockheed Shipbuilding Co. の調査は 信頼性の向上のための油圧システムへの切り替えを勧告した。 その組織は、反応時間の改善のため、 制御ハンドルから制御キャビネットまでは電気的に動作するが、 穏やかな取り扱いのために長持ちするであろう キャビネットから推進器やエンジン・ガバナーまでは油圧で動作する、 ハイブリッド・システムを選択した。 昨年夏のフェリーでの試験の後、 シアトルの Mathers Contol Inc. が供給した油圧システムの成功に組織は「夢中」で、 最近、他の Issaquah 級フェリーを同じシステムで改修した、 と副責任者補佐の Terry McCarthy は言った。
(Taken from IEEE Spectrum magazine, Feb 1990.)
Crystal Ocean は、衛星測位、そして船首、船尾、及び中間のスラスターを用いて 海底の油井の上に (錨なしで) 停泊する、浮体式石油生産貯蔵積出設備である。 原油は油井から吸い上げられ、天然ガスは分離されて油井に押し戻される。 原油は、1.5km の距離に停泊した輸送船 Basker Spirit に圧送される。
Crystal Ocean には、スラスター、ポンプ、 そして油圧系を含むその施設の電気システム全てに給電する、 4台の大型ディーゼル発電機がある。 これらの発電機の信頼できる動作は、その施設の位置決めと運用のために決定的に重要である。
乗員が互いに通信できるように、UHF 無線が用いられる。 これらの無線が AC 発電機の近くで使われた時、発電機が警告なしに突然停止するのが、 乗員によって観察された。 調査のために Compliance Engineering Pty Ltd が呼ばれ、 この干渉問題を解決した。
施設の運用を妨げることなく調査を行なえるようにするために、 その AC 発電機の1台がサービスから外された。 停止を引き起こした発電機の周囲で、UHF 無線が使用された。 UHF 無線が発電機に接続されたケーブルの近くで使用された時、最大の影響があるようであった。 UHF 無線の信号の大きさと方向を変えることはできず、 さらなる調査には個々のケーブルにその干渉を模擬して印加する再現可能な手段が必要であった。 管理された干渉発生システム (1kHz 変調された 500MHz) を作るために、 RF 信号発生器 (出力レベルの可変と変調の可能なもの)、 RF 電力増幅器、及び RF 注入クランプが準備された。 その干渉信号は様々なケーブルに印加され、それぞれが発電機の動作を停止させた。 だが、どのケーブルに干渉信号が印加されるかによる違いは若干であり、 全てのケーブルがその RF 信号を効率的に相互結合させているようであった。 模擬された干渉の印加中、発電機の速度計が誤った動作をし、 発電機の実際の回転速度と一致しない速度を表示するのが観察された。
発電機は停止状態とされ、フライホイールの金属のハウジングの上の 速度検出センサ・ケーブルに注入クランプが取り付けられた。 上の制御室に置かれた PLC と負荷配分/速度制御装置に送られる信号を同定するために、 発電機の接続箱の中の制御信号の調査のためにオシロスコープが用いられた (干渉信号の印加中に、また印加していない時に)。 発電機を停止状態として干渉信号を印加した時、速度検出センサからの出力線上に 5V の信号が存在していた。 干渉が、PLC と負荷配分/速度制御装置によって処理される、 誤った速度信号を生じさせていたことは明らかであった。
その干渉メカニズムは同定された:
UHF 無線のキャリア周波数 (500MHz) が、 速度検出センサに接続されたシールドなしケーブルに結合する (直接的に、あるいは相互結合を介して間接的に)。 速度センサの内部増幅回路がそのキャリア周波数を復調し、 変調信号 (この場合は 1kHz) を生じさせる。 この変調信号は増幅されて PLC と負荷配分/速度制御装置に送られ、 そこでこの信号は通常の動作状態の範囲外と解釈され、発電機を停止させる。
施設の発電機、PLC、負荷配分/速度制御装置を接続するケーブルは、 全てシールドされていない。 電力ケーブル上での高電流のスイッチングによって発生したトランジェントが信号線に誘導し、 調査されなかった問題を引き起こしているかも知れない。
その干渉の改善のための勧告が出された:
まず、速度検出センサと PLC と負荷配分/速度制御装置とのあいだを接続する シールドなしケーブルは、ツイスト・ペアのシールド・ケーブルに交換されるべきである。 これは RF 干渉に対する発電機のイミュニティを相当に改善することが予期される。 その後の段階では、発電機と制御装置を接続する全てのシールドなしケーブルは、 シールドを両端で終端した、ツイスト・ペアのシールド・ケーブルに交換されるべきである。 使用されていた速度センサは、ケーブル・シールドを終端できない プラスチックのメス型コネクタを持つ。 速度センサは、ケーブル・シールドの 360°終端を与える、 金属のキャノン・コネクタ (14-5PN VG95234) の付いた FA2J バージョンに更新されるべきである。 この例で見たように、RF 干渉に最も影響されやすい回路は、 典型的には (デジタル回路と対比して) 敏感なアナログ入力を持つものであることが、 一般に認知されている。
(Taken from: EMC Society of Australia, Newsletter, Issue 39, Dec 2007 and http://www.compeng.com.au/document_library/interference_onboard_crystal_ocean.aspx.)
全てが計画通りには行くわけではない。 その GPS 受信機が衛星からの信号を、従って信頼できる測位を行なう能力を失った後、 Tartan Racing の優勝車は始動を拒んだ。 その後、その問題は近くの大型ビデオ・スクリーンからの電磁干渉まで追跡された。
(Taken from: Engineering & Technology magazine, http://eandt.theiet.org, December 2007, page 11, describing a race for driverless vehicles.)
回転するミキサーを備えたセメント・トラックが交差点で停車した。 CB 無線を備えたトレーラーが並び、 セメント・トラックの後ろにコンバーチブルが止まった。
信号が変わるのを待っているあいだ、トレーラーは CB で話し始めた。 その CB の信号はセメント・ミキサーを作動させ、 それは積荷の湿ったセメントをコンバーチブルにぶちまけた。
(Kindly sent in by Dr Antony Anderson, Dec 2007 - source: Jeff Bennett - Business writer, Detroit Free Press, 5 Dec 2002)
1970年台、新しい家庭用電子式 Mr Coffee マシンが、 Baltimore と Washington DC の空港の航法システムを妨害して 双方の空港を毎朝2時間停止させた干渉を引き起こした。
(Kindly sent in by Dr Antony Anderson, Dec 2007 - source: Jeff Bennett - Business writer, Detroit Free Press, 5 Dec 2002.
陸軍の最も先進的なヘリコプターは、 マイクロ波タワー、ラジオ・アンテナ、そしてレーダーからの日常的な電波によって墜落し得る。 研究者らは、そのような電波は、1982年以来、 陸軍の UH-60 Black Hawks 5機を地面へと急降下させ、22人の保守要員を殺してきたと信じている。
電磁干渉に対する保護が改善された海軍の Sea Hawks は、 同じ問題を生じていないようである。
(Kindly sent in by Dr Antony Anderson, Dec 2007 - source: The Boston Globe, 8 Nov 1987.)
Sinus Filter Plus++ の典型的な用途のひとつは、 地熱/太陽熱複合加熱システムで用いられる地下ポンプのベアリングの保護である。 インバータからポンプへのケーブルは必然的に非常に長く、 水柱が大地へと戻る低インピーダンスの経路を与え、 これはモーターのベアリングを通る電流を促進する。 そのようなポンプの交換や修理は、非常に高額な出費も約束することだろう。 そのフィルタは、有害なコモン・モード妨害を低減するために、インバータの出力端子に接続される; 機器の一般的な EMC 性能も大きく改善される。
ベアリングの故障は、Sinus Filter Plus++ の適用によって解決できる唯一の問題ではない。 取水口はしばしば遠隔地、例えば森の奥に設けられ、 ポンプまで引かれるケーブルは通常は非常に長い距離となる。 高周波コモン・モード妨害は、図で示すように、送水管を通って大地へと、 最低のインピーダンスの経路に沿って戻る。
取水許可の条件の1つは取水口から吸い出される水の正確な記録を維持することである。 だが、高周波干渉は計測機器に不正確な測定値を示させ、 これは REO のフィルタの取り付けによって解決できる問題である。
(Taken from: DPA Magazine, 1 Feb 2008, http://www.dpaonthenet.net/article/13506/Protecting-valuable-assets.aspx)
要約: この記事は VHF 帯干渉の非常に珍しい原因と、その放射の発生源を同定したテクニックを述べる。 空調機の熱交換機のモーター駆動の吸気フラップを制御する電子回路が 広帯域 VHF 送信機に「突然変異」し、VHF 帯の相当の部分を妨害している。
I. 概要
航空機 NATO 1 (N1) のパイロットが、VHF 5 無線のスケルチが複数回開いたと報告した。 この特定の現象は、 基地の Geilenkirchen タワーの 140.075MHz の周波数に無線を同調させての、 タキシング、離陸、そして着陸に際して発生した。 VHF 無線のスケルチが開いた時、ヘッドセットから非常に大きなバズ音が聞こえた。 さらに、それは日によっては発生せず、パイロットはこの障害を断続的に報告した。 その現象を適当な期間内に同定して除去することができなかったので、 航空司令はその問題が解決されるまで N1 の飛行を拒否した。
II. 事実の確認
N1 の VHF 5 のデュアル・バンド・アンテナに接続されたスペクトラム・アナライザ (SA) は、 140.075MHz のタワーの周波数の上下に散乱する広帯域のスペクトラム線を示した (Fig. 1 参照)。 同様の測定は、スポット9に駐機していたレガシーな航空機 444 でも行なわれた (Fig. 2 参照)。
III. 干渉の発生源の識別
SA で起こり得る外部電源と航空機の接地電位のグランド・ループを避けるために、 SA への給電にはバッテリー動作の AC インバータが用いられた。 その航空機の電源全ては切られ、その航空機の電力ケーブルは切り離された。 その試験結果は上の Figure 1 で示されているものとほぼ同一であった。 その問題が外部で発生している VHF 帯妨害信号であることが明らかとなった。 携帯型 VHF 帯無線スキャナを用いて、その信号源は格納庫1内の範囲に絞られた。 そのバズ信号は内部の全ての場所で、そして格納庫1の正面から滑走路までで聞こえた。 格納庫1は滑走路の中央から 300m 離れている。 だが、そのバス信号は滑走路の両端で受信できた。 滑走路の長さは 3000m 以上ある。 SA を用いて、格納庫1内のプロットが取られた (Fig. 3 参照)。 携帯型スキャナのオーディオ出力は、干渉信号の変調の種類を同定するために、 オシロスコープで測定された (Fig. 4、及び 5 参照)。
IV. 干渉の発生源の発見
その信号源が格納庫1内のどこかにあることを確認するために、 翌日、隣接のビル217と格納庫1の電源を完全に切ることが決定された。 その試験結果を Fig. 6、及び 7 に示す。 格納庫1の電源が切られている間、航空機 N1 の VHF アンテナ 5 でもプロットが取られた。 航空機 N1 と格納庫1のあいだの距離は約 200m である (Fig. 8 参照)。
V. 干渉の三角測量
次に為すべきことは、この種の干渉を発生した実際の発生源を見つけることであった。 StOV-German Garrison Administration の電気技師と空調機専門家の助けのもと、 格納庫1の電源が再び切られた。 発生源を同定するために、格納庫1のそれぞれの区画の電源が再投入された。 その干渉は、空調システムに電力が供給された時に再発した。 空調機専門家は、その干渉を発生していたサブシステムを同定しようとした。 携帯型スキャナで監視しながら、様々な機能が切られ、戻された。 その干渉は、格納庫1の屋上に取り付けられている熱交換機のフラップを動かす モータ制御回路への電力の遮断と復帰と一致した。 熱交換機24が発生源と同定され、建物の屋上で検査された (Fig. 9 参照)。
そのモーター駆動の吸気フラップは、それぞれの熱交換機内の気流を制御する。 容疑者のモーター・アセンブリはさらなる調査のために取り外された (Fig. 10 参照)。 屋上に取り付けられている全ての熱交換機が、携帯型スキャナで検査された。 その結果は、同様の症状を示す第2のアセンブリを明らかにした。 それもさらなる調査のために取り外された。 上で述べたフラップ制御回路のベンチ試験は、 フラップがフラップ開放位置の機械的限界に達した時、そのモータ制御回路が 広帯域 VHF 航空周波数帯送信機に「突然変異」していたことを示した (Fig. 11、及び 12 参照)。
VI. モータ制御回路のトラブルシューティング
そのモータ制御ユニットの回路機能を完全に理解してその障害メカニズムを同定するためには、 その基板の回路図の解析が必要であった (Fig. 13、及び 16 参照)。
VII. 所見
その回路は通常状態では AC 24V で動作する。 回路がその代わりに DC 24V で動作させられ、時計回りのモーターの回転が止まった時、 その回路は 133.5MHz の安定した周波数で発振し始めた (Fig. 14 参照)。
VIII. モータ制御回路の機能の説明とトラブルシューティング
その回路は、接続された DC モータに 50mA を供給する定電流源から成る。 KL2 のピン1と2のあいだに AC 24V を接続すると、 KL1 のピン1と2のモータ端子のあいだに DC 17V が供給される。 その電流は 50mA に制御され、モータを時計回りの方向に回転させる。 フラップは上側の機械的限界に向けて動き、これはモーターを停止させる。 モータの抵抗は低下し、モータ電圧の電流制御のため、 モータの過負荷を防ぐために DC 7V まで低下する。 この時、その回路は VHF 周波数で発振を始める。 50Hz (20ms) AC リップルがトランジスタ T1 のベースのバイアス電流に重畳し、 これはパルス変調と振幅変調の組み合わせを発生させる。
この変調は複数の無線周波側帯波を発生させる (Fig. 11、及び 12 参照)。 KL2 のピン1と3のあいだに AC 24V を接続すると KL1 のピン1と2のモータ端子に逆極性の DC 17V が供給される。 モータは逆時計回りに回り、フラップは下側側の機械的限界で停止する。 このポイントでは発振は生じない。
回路のプロービングはほとんど全ての点で発振を止めたので、 この回路のトラブルシューティングは困難であった。 例えば、T1 のエミッタが測定された時、発振は停止した。 その後、その静電容量の測定のため、C1 と C2 は外された。 双方の値は充分に限度内にあった。 コンデンサを逆の位置に付け直すと、双方の機械的フラップ・ストップでの発振が停止した。 その等価直列抵抗 (ESR) の値の測定が問題の所在を示した。 C1 は C2 の2倍の ESR を持っていた。 さらに、その基板の配置が、T1 と R4 のあいだのトレースの設計により、 いくらかの不安定性を加える (Fig. 15 参照)。
IX. RF 結合経路
全てのモータ回路に電力を供給する中央電気制御は、格納庫1内の独立した部屋にあった。 それは、シールドなしケーブル (垂直に設置された 30m から 50m の) を介して、 格納庫1の屋上のモータ制御回路に AC 24V モータ制御信号とグランドを供給する。 欠陥のあるモータ制御回路に接続された RF 電流プローブで行なわれた測定は、 ケーブルが放射素子となっていたことを明らかにした。 これはその発振回路の広い送信範囲を説明する。
X. 結果
飛行の安全の理由から、全ての熱交換機のモータ制御ユニットは新しいモデルのものと交換された。
経歴
Norbert Kohns は 1949年にドイツの Weissenthurm で生まれた。 彼は、25年間、NATO 民間要員として働いている。 現在、彼はドイツの Geilenkirchen NATO 基地にある NATO AWACS Electronic Support Measures shop の Principal Technician and Maintenance Instructor を勤めている。 さらに、彼は NATO E-3A 艦隊の EMI/EMC 関連問題の中心である。
(Taken from the EMC Society Newsletter, Issue 215, Fall 2007, For the figures, see: http://www.emcs.org/acstrial/newsletters/fall07/practical_papers.pdf)
これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2012-04-01