Keynote : Gert Gremmen Voorzitter Nederlandse EMC-ESD vereniging
Safety & Security Welkom op 7e editie van de EMC-ESD Praktijkdag. We hopen dat we voor u weer een interessant programma hebben kunnen samenstellen. We hebben deze maal de focus gelegd op een aspect van ons vakgebied dat nogal onderbelicht is gebleken, nl EMC/ESD en Veiligheid. Ik zeg met opzet niet “Safety en Security”, omdat Security in mijn ogen een deelgebied is van veiligheid, nl veiligheid van informatie, goederen en personen. Sinds zo’n 15 jaar is de focus van ons vakgebied in hoofdzaak gericht op de EMC van apparaten en systemen in het kader van de EMC directive. Deze directive valt onder de zogenaamde new Approach Directives, een paraplu of framework van een inmiddels flink aantal (product) veiligheids gerelateerde richtlijnen.
Verdrag van Rome Middels het verdrag van Rome (1957) was er altijd een voorbehoud gecreëerd voor het gevraagde vrije verkeer van goederen, als het ging om veiligheid van die goederen. Om veiligheids (of politieke) redenen hadden de lidstaten een groot nationale regelgevingen gerealiseerd om de bevolking tegen “onveilige” producten uit andere lidstaten te beschermen. Binnen het kader van de New Approach heeft Europa met deze richtlijnen gepoogd om die handelsbarrieres die kwa gedachte strijdig waren met het verdrag van Rome te slechten. DE EMC richtlijn De EMC richtlijn was altijd een beetje een vreemde eend in die bijt, in die zin dat de essentiele vereisten geen directe link hebben met product veiligheid. In plaats daarvan gaat het om de bescherming van de ether (emissie) en bescherming van de consument tegen slecht functionerende apparatuur (immuniteit). Destijds werd dat noodzakelijk geacht om de acceptatie van vermogenszenders voor mobiele communicatie (GSM) te faciliteren. Daarmee is in ons vakgebied -gedurende lange tijd- een belangrijk aspect van EMC onderbelicht, nl de mate waarin EMC -en met name immuniteit- invloed heeft op de veiligheid van het product. De criteria in de EMC-richtlijn voor het bepalen van de immuniteit zijn feitelijk boterzacht. De indeling in criteria A,B en C maken
het bijna altijd mogelijk een testspecificatie op te stellen waaraan het product voldoet.
Andere Richtlijnen Dit gezegd hebbende doe ik natuurlijk een flink aantal marktpartijen tekort. Binnen de automotive en in mindere mate de medische hoek is er altijd veel aandacht geweest voor de EMC veiligheid van de producten, maar deze producten vallen dan ook onder eigen richtlijn: De Medische hulpmiddelen Richtlijn De Automotive Richtlijn
Ook in de luchtvaart en bij militair materieel is EMC en veiligheid altijd een topic geweest, maar bij die laatste met een iets andere invalshoek: de EMC aandacht was niet gericht op de veiligheid van personen in het algemeen, maar uitsluitend op die van de eigen personeel. Verder kennen we in beperkte mate EMC voorschriften voor o.a. producten die werken met gevaarlijk materiaal (gas-installaties) , liften en apparaten die gebruikt worden in een explosie gevaarlijke omgeving. Ook deze apparatuur valt meestal onder een eigen richtlijn. Ook voor apparatuur met een economisch belangrijke functie (metrologie) zijn strengere eisen geformuleerd. Maar waar het gaat om de veiligheid van gewone producten, die overigens in toenemende mate invloed hebben op onze dagelijkse veiligheid, is er maar weinig geregeld. De toenemende integratie van elektronica in ons dagelijks leven stelt eisen aan de compatibiliteit van apparaten die de eisen van de richtlijn te boven gaan.
De regels die we kennen met betrekking tot EMC productveiligheid zijn in de regel opgenomen in de standaarden die vallen onder de laagspanningsrichtlijn !!! Heel vaak zie je als EMC/ESD deskundige aan de implementatie van de test suite dat de auteurs moeite hadden om zich voor de geest te halen hoe je een product moet testen op EMC-veiligheid. Erger nog, vaak spreekt uit de opsomming van de testen pure onkunde. Veel van de normen onder de laagspanningsrichtlijn met een EMC chapter worden in het Europese Standaardisatie circuit niet besproken door de daarvoor geëigende EMC gremia, zoals dat wel gebeurt met de typische EMC normen.
Dit maakt het mogelijk dat de test suites in deze normen eigenlijk pure kopien zijn van de functionele testen, eventueel bedacht de auteur dat een paar volt/m miscchien wel voldoende zou zijn. Daardoor is de merkwaardig situatie ontstaan dat niet-EMC-ers test suites moeten opstellen voor de veiligheid van producten terwijl de echte specialisten zich slechts bezig mogen houden met de EMC-functionaliteit. Immers de EMC richtlijn bemoeit zich uitsluitend met functionele EMC-eisen. Wel serieuze aandacht Maar ook in die branches (bv automotive) waar wel serieus met veiligheid en EMC wordt omgegaan zijn lang niet altijd adequate testplannen opgesteld. Maar al te vaak beperkt het veiligheids programma zich tot dezelfde (of zelfs minder) testen als de functionele test, maar met aangescherpte testlevels. Naar mijn mening is meer echter lang niet altijd voldoende. Grote delen van het internationale betalingsverkeer, maar ook beurstransacties, bewaking en alarmering vinden tegenwoordig plaats over het internet. De economische, maar ook de consequenties voor de veiligheid van het uitvallen van het internet zijn enorm. Toch valt de overgrote meerderheid van die apparatuur qua immuniteit onder de immuniteitseisen van CISPR24, een standaard die qua test levels inferieur is aan de apparatuur (zoals bewaking en betaling) die er gebruik van maakt. Dat de politiek zich van die veiligheidsrisico’s niet bewust is bleek een aantal jaren toen een Europees research project waaraan ondergetekende als principal partner (IMUN-IT) deelnam, en dat de focus wilde leggen op de risico’s van EMC en IT niet voldoende punten kreeg om te worden gehonoreerd.
Hoe kunnen we onze EMC-kennis inzetten om tot veiliger elektronische apparatuur te komen: De traditionele aanpak is het definiëren van strengere test levels, maar dat is naar mijn opinie lang niet genoeg.
Er zijn nogal wat redenen waarom de klassieke aanpak niet werkt. Ik wil deze nog lang niet volledige lijst even met u doornemen:
1. Optreden van simultane storingen Alle testen uit de EMC test suites worden sequentieel uitgevoerd. Nimmer
wordt gekeken naar de consequenties van het gelijktijdig optreden van 2 soorten , bijv ESD en gelijktijdig EM-veld. Het in geleiding komen van overspanningsdiodes opent (vgl pin diodes) een hoog-frequent pad dat anders gesloten blijft.
2. Grotere amplitudes dan verwacht en geanticipeerd Iedereen heeft GSM apparatuur bij zich. Het is geen uitzondering dat een enkele individu 2 telefoons bij zich draagt. Is het onwaarschijnlijk dat in een auto 8 GSM systemen tegelijk actief worden ? 3. Deel schakelingen of proces fases die tijdens de test niet aan bod kwamen omdat deze onbekend waren, of simpelweg genegeerd. Denk hierbij aan temperatuurmeters in een groot systeem die slechts 1 x per minuut een meting uitvoeren. Hoe groot is de kans dat de test al voorbij is voor de meting plaatsvindt ?
4. Langdurige processen waarvan de analyse onmogelijk is. Het kiezen van een telefoonnummer en het opbouwen van een modemverbinding inclusief handshake zou in principe op elke test frequentie moeten plaatsvinden; volgens de methodiek in CISPR24 zou dat 250 x moeten gebeuren in het test traject van 80 – 1000 MHz. In plaats daarvan worden enkele test frequenties gedefinieerd waarin het modem succesvol een verbinding moet opbouwen. Hoezo getest. 5. Determineren van de 2e lijns veiligheid Een generator levert een elektronisch geregelde spanning. Om de risico’s van een gevaarlijke overspanning op te vangen is er een elektronische overspanningsbeveiliging ingebouwd. Zolang de generator functioneel compliant (geen overspanning) blijft, is de overspanningsbeveiliging ongeverifieerd. 6. Blocking problematiek in ontvangers bij simultane instraling op veel frequenties Veel draaggolven onder de toegelaten emissie limiet kunnen wel degelijk een flinke som-amplitude veroorzaken in ontvangers met een relatief grote bandbreedte, met het risico van blocking of oversturing. Dit fenomeen kan bijvoorbeeld optreden bij PLC, dat de gehele band muv van notching frequenties vol zet met draaggolven. Soortgelijke technieken (UWB) worden ontwikkeld voor andere frequentie gebieden. 7. Storing van ISM en frequentie regelaars op medische elektronica. Een verkeerd geconfigureerd netfilter en foutief aangesloten aarde in het Erasmus maakte het soms onmogelijk om Bera (= ECG) signalen betrouwbaar te meten. Hierdoor kan risico ontstaan voor patiënten. De fabrikant van de
ECG apparatuur leverde een commerciële netvoeding mee die geleide storingen op het net zette die via de medische aarde doorkoppelde op de patient. 8. Veroudering van apparatuur Het verouderen van apparatuur kan direct invloed hebben op de EMC eigenschappen. Zelf diagnostiek van de apparatuur omvat nooit de EMC componenten, waardoor deze ongemerkt van verslechteren. 9. Detoriation van apparatuur (oxidatie, klimatische invloeden) Om al deze risico’s te omvatten is eigenlijk maar een aanpak voldoende, het opstellen van een gedegen risico analyse Een deel van de problematiek is veroorzaakt door de starheid van het homologatie proces. De accredidatie van de test laboratoria brengt de (overigens prima) verplichting met zich mee dat de keurende instelling zich neutraal opstelt ten aanzien van het te testen object. Men wil de schijn van belangenverstrengeling vermijden. Dit brengt helaas het risico met zich mee van een black box approach, hetgeen het risico van een verborgen EMC probleem vergroot. Immers de test operator moet volledig afgaan op de informatie die de klant hem verstrekt. Dit is juridisch wel correct want de klant is verantwoordelijk, maar maakt het zo ook onmogelijk te profiteren van de kennis en ervaring van de test ingenieur.
Een ander deel wordt veroorzaakt door de grote invloed van (ik neem het IT als voorbeeld) de industrie in het standaardisatie proces. Ik ondersteun van harte de deelname van alle marktpartijen in dit proces, maar het lijkt erop dat in de IT branche de industrie het voor het zeggen heeft. De standaard CISPR 22 (ik heb nog een versie uit 1984) is qua testlevels 30 jaar ongewijzigd gebleven. Hetzelfde geldt voor CISPR 24 (1998) die heden ten dage nog steeds toepasbaar is voor het aantonen van het vermoeden van overeenstemming. Ook die standaard is sinds die 1998 versie ongewijzigd gebleven. En er is nogal wat veranderd in die tijd. En over veiligheid van informatie (security) wordt nog bijna helemaal niet nagedacht als het EMC betreft. Tot slot wil ik nog Uw aandacht vragen voor een fenomeen dat evenveel voordeel als schade toebrengt aan het veiligheidsgedrag van apparatuur: Veel normen hebben specifieke eisen en testmethoden voor een goed gedefinieerde productgroep. Neem bijvoorbeeld de standaard voor de maritime omgevin EN 60945. Voor de veiligheids kritische communicatie kanalen is een extra lage limiet gedefinieerd, hetgeen het mogelijk maakt dat apparatruur die volgens die norm is getest geen problemen met zich meebrengt voor de radio communicatie. Evenwel, in toenemende mate worden apparaten in meer dan een zone toegepast.
Een voorbeeld, een lichtbaken met LEDS is uitgerust met veel schakelende voedingen, is na ampele overwegingen getest volgens de industrie norm, en is zelfs bestand tegen een blikseminslag op 50 cm. Nogal logisch als je bedenkt dat dit type lichten vooral boven in masten van diverse pluimage wordt toegepast . Nu wil het toeval dat in een konkreet geval dit baken wordt toegepast in een walstation dat mede van belang is voor de scheepvaart communicatie, en het betreffende baken hing op 2 meter van een ontvangstantenne.
Wat brengt ons de Toekomst Een paar krenten uit de EMC pap: Digitaal Dividend De vrijkomende frequentieband van 790-862 MHz wordt in ons land binnekort ingezet voor LTE (Long Term Evolution). Kabelnetwerkproviders zien interferentierisico’s omdat de CATV-netwerken ook in deze UHF-band werken. TV-ontvangers, settop boxen en recorders kunnen direct of indirect worden verstoord. Ook de leden van de Nederlandse professionele omroep en entertainmentindustrie (PMSE) zien deze spectrale ruilverkaveling met zorg tegemoet. Het gebruik van draadloze microfoons, intercoms en reportagezenders in de 800 MHz-band (kanaal 63) is wijdverbreid. Gebruikers worden gedwongen om te verhuizen naar andere banden of om te investeren in nieuwe digitale draadloze microfoons. Onze vereniging organiseert in het voorjaar van 2011 een themamiddag over dit onderwerp. Als U daar meer over wilt weten neemt dan contact op met het secretariaat. Wireless Factory (WIFA) Binnen ETSI is het overleg gestart over de inzet van draadloze communicatie techniek in de industrie. De storingsgevoelige draadgebonden proces netwerken (sic! CISPR24) kunnen vervangen worden door goedkope draadloze netwerken. Een van de standaarden uit de ISA100 serie spreekt van toepassingen in de 2.4 GHz band……… Over veiligheidsrisico’s gesproken.
Ik wens U een leerzame dag, en een prima focus op veiligheid….
