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Wie wir die 5 größten Bedrohungen für Computer-Hardware stoppen

Von ·Kategorien: Technik erklärt·Published On: November 20th, 2017·7,2 min read·

Industrie- und Embedded-Computer haben es heutzutage schwer. Wir setzen sie in rauen Umgebungen ein. Dort sind sie dauerhaftem elektronischem Lärm, Strahlung und Stromschwankungen ausgesetzt. Aber wie sehr achten wir darauf, inwiefern diese Umweltfaktoren Bedrohungen für Computerhardware darstellen?

Außerdem kommen erschwerend Störfestigkeits- und Emissionswerte hinzu, die nicht immer die Bereiche abdecken, in denen Sie Schutz benötigen. Es kann frustrierend und kostspielig sein, davon auszugehen, dass man durch eine FCC- oder CE-Kennzeichnung abgesichert ist, nur um dann festzustellen, dass das System bei einem Stromausfall nicht geschützt ist. Woher hätten Sie das wissen sollen?

Mit einem Überblick über die fünf größten Bedrohungen für Computerhardware wollen wir die Verwirrung aufklären. So können wir Ihnen helfen, zukünftige Katastrophen zu verhindern. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen die Störfestigkeit von entscheidender Bedeutung ist. Dazu gehören zum Beispiel Fabriksteuerungen, medizinische Geräte und Einrichtungen für die Notfallkommunikation.

Was ist eine Störfestigkeitsprüfung?

Störfestigkeitsprüfungen ermöglichen es den Herstellern, die Toleranzen für reale Situationen zu testen. Statische Entladungen, Magnetfelder, Spannungseinbrüche und -schwankungen, schnelle Stromstöße, Überspannungen und breitbandige Funkstörungen sind allesamt Formen von Störungen, denen Ihr System täglich ausgesetzt ist. Was sind das für Störungen und wie sehen sie in der Praxis aus?

Magnetische Interferenz

Dies wird durch Änderungen der Polarisation von nahe gelegenen Quellen verursacht. Beispielsweise können magnetische Interferenzen durch induktive Schmelzanlagen oder Öfen, große Motoren oder Kernspintomographen verursacht werden. Dabei zeigen sie sich häufig in Form von gelöschten Speichergeräten und Induktorschäden an Netzteilen oder anderen Komponenten.

RF-Interferenzen

Funkfrequenzen können Embedded-Systeme stören, indem sie mit ihren eigenen Betriebsfrequenzen interferieren. Zu den üblichen Verdächtigen gehören VHF-Funkgeräte oder Transceiver, wie sie häufig in Bussen, Polizeifahrzeugen oder Handfunkgeräten zu finden sind. Wenn Sie Stehwellenmuster auf dem Display, Audiozirpen, Brummen oder Aussetzer über Line-Out-Verbindungen wahrnehmen, müssen Sie möglicherweise nach RF-Interferenzen fahnden. Auch eine verlorene Videosynchronisation oder Computerblockaden sind möglich.

Spannungsunterbrechungen

Spannungsschwankungen kommen häufiger vor, als Sie denken. Das Einschalten einer HLK-Anlage, ein stromhungriges Werkzeug, schwere Maschinen oder der von einem Generator gelieferte Strom können die an Ihr System abgegebene Strommenge verändern. Wenn Ihre Technik nicht durch die richtigen Filter geschützt ist, kann es zu Systemausfällen oder dauerhaften Schäden kommen.

Schnelle elektrische Transienten

Bei langen Kommunikationsleitungen wie LAN-Kabeln kann es zu Spannungsspitzen durch andere Geräte oder schlechtes Wetter kommen. Diese Stromstöße können sich auf das Kabel übertragen und über die Kommunikationsanschlüsse direkt in Ihr System eindringen und es lahmlegen.

Elektrostatische Entladung

Statische Elektrizität richtet in ungeschützten Systemen verheerenden Schaden an, indem sie empfindliche Halbleiter zerstört. Dabei bieten Anlagen mit niedriger relativer Luftfeuchtigkeit, insbesondere in den Wintermonaten oder in Wüstengebieten, ideale Bedingungen für höhere statische Entladungen als üblich. Förderbänder, riemengetriebene Trainingsgeräte oder andere Geräte, die schnelle oder kreisförmige Reibung erzeugen, sind die Hauptverdächtigen für unerwünschte Ein- und Ausschaltungen, Hänger oder Neustarts.

Wann sollten Störfestigkeitsprüfungen in Betracht gezogen werden?

Wenn Sie nicht wissen, ob und wie Ihr System geschützt ist, schauen Sie sich zunächst die Kennzeichnungen an. Aber achten Sie darauf, dass Sie nach den richtigen Dingen suchen. Es wird oft missverstanden, dass die FCC-Kennzeichnung für die Störfestigkeit gilt. Jedoch gilt sie nur für die Geräteemissionen.

Achten Sie stattdessen auf das CE-Zeichen. Es deckt sowohl Emissionen als auch Störfestigkeit ab. Allerdings gibt es hier einen Haken: Das CE-Zeichen ist keine Garantie dafür, dass das Gerät ordnungsgemäß auf Störfestigkeit getestet wurde. Die Hersteller können selbst erklären, dass ihre Geräte den CE-Normen entsprechen, ohne sie zu testen. Jedoch müssen sie im Falle eines Audits den Nachweis erbringen, dass sie den Normen entsprechen.

Wie können Sie sicherstellen, dass die Systeme, die Sie kaufen, geschützt sind? Der Schlüssel dazu ist, den Hersteller nach seiner Konformitätserklärung für EN 55024 zu fragen, wenn die CE-Kennzeichnung vorhanden ist. EN 55024 ist die Norm für die Störfestigkeit von Geräten der Informationstechnologie. Für die meisten Computeranwendungen ist sie eine sichere Sache. Die Erklärung kann auf einer technischen Akte oder einer Laborprüfung beruhen. Sie gibt Ihnen Aufschluss darüber, wie das Gerät getestet wurde, wie hoch seine Störfestigkeit ist und ob es mit anderen Normen übereinstimmt.

Wenn der Hersteller die Einhaltung der Vorschriften nicht nachweisen kann, sollten Sie eigene Tests in Erwägung ziehen. Ebenfalls können Sie nach einer Lösung suchen, die Ihre Anforderungen an die Störfestigkeit erfüllt. Es ist besser, nicht das Risiko einer Anfälligkeit des Systems einzugehen.

Nun haben wir ein besseres Verständnis für die Arten von Störungen, die Bedrohungen für Computerhardware darstellen. Somit können wir uns nun mit den Möglichkeiten befassen, wie wir sie testen und schützen können.

Wie wir Systeme auf Störfestigkeit prüfen

Die Störfestigkeit ist für unsere Kunden ein wichtiges Anliegen. Deshalb entwickeln wir unsere Systeme so, dass sie der Norm EN 55024 entsprechen. Dabei unterziehen wir sie umfassenden Tests, um diese Normen zu übertreffen. Um ein möglichst lautes Szenario zu simulieren, testen wir das gesamte Gerät in seiner kompliziertesten Konfiguration. Das heißt, dies umfasst die Stromversorgung und alle Anschlüsse, die mit externen Geräten verbunden sind.

Die Tests beginnen mit einer gesunden Dosis von 8.000 Volt aus einem Taser. Im Übrigen auch eine gute Möglichkeit, an einem Montag Dampf abzulassen. Außerdem tauchen wir das System in ein Magnetfeld, füttern es mit extremen Strombedingungen und beschießen es mit enormen Mengen konzentrierter Breitband-Funkwellen. Dabei ist das Ziel, Fehlfunktionen, Stromausfälle oder andere nicht reparable Zustände zu verursachen. Es mag übertrieben erscheinen. Jedoch übertreffen diese Tests die realen Ereignisse, denen unsere Systeme jeden Tag ausgesetzt sind.

Diese Art der Testdurchführung ist der effektivste Weg, um sicherzustellen, dass ein System den üblichen Störungen in der Praxis gewachsen ist. Es ist besonders wichtig, wenn bekannt ist, dass das Gerät in der Nähe von Magnetfeldern, Funken oder unbeständiger Stromversorgung eingesetzt wird. So überprüfen wir, ob der Grad der Störfestigkeit das Gerät tatsächlich schützt.

Glücklicherweise kann auch durch technische Planung viel getan werden, um Computersysteme vor Schäden zu schützen.

Bedrohungen für Computerhardware: Tests auf RF-Interferenzen

Unser ML400-System wird auf RF-Interferenzen getestet. Alle Systeme sind bereit!

Störfestigkeit entwickeln

Die Systeme, die wir bauen, werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb müssen wir sicherstellen, dass sie alles aushalten, was ihnen zugemutet wird. Dazu beginnen wir mit Elektronik, die dafür entwickelt wurde. Zunächst isolieren wir die I/O-Eingangssignale, trennen das Gehäuse und die digitale Erdung und verwenden eine breite Eingangsspannung mit geeigneter Filterung. Wir installieren Spannungsspitzenunterdrücker, die unregelmäßige Eingangssignale „auffressen“. Außerdem verwenden wir Erdungsschemata, die die Schaltung und das Gehäuse dabei unterstützen, Herz und Gehirn des Systems zu schützen.

Die nächste Schutzstufe wird durch das Gehäuse selbst erreicht. Dazu setzen wir unsere branchenführende Hardshell™-Technologie ein. Damit wird ein schützendes Kraftfeld um das System gebildet. Hierbei verwenden wir hochleitfähigen, vernickelten Stahl, um Entladungen schnell auf den Boden zu leiten. Doppelte rechtwinklige Schnittstellen an den Gehäuseteilen sorgen dafür, dass keine Funkfrequenzen ein- oder austreten. Zudem verwenden wir eine Laserabtragung auf den Kontaktflächen, um die Integrität des Erdungssystems zu gewährleisten.

Wir fügen eine weitere Schutzschicht mit kompressiven EMI-Dichtungen hinzu, die das Gerät vor Emissionen und Strahlung abdichten. Gleichzeitig bietet sie eine Schutzschicht gegen Staub und Schmutz. Außerdem verwenden wir nur erstklassige Netzteile mit internationalen Zertifizierungen und internationalen Netzteile. So garantieren wir angemessene Sicherheits- und Stromfiltermechanismen.

Es gibt viel zu bedenken, wenn es um die Störfestigkeit geht. Jedoch hoffen wir, dass wir damit die Verwirrung über die Bedrohungen für Computerhardware etwas aufklären konnten. Wir sind stolz darauf, unsere Systeme so zu entwickeln, dass sie in derartigen Umgebungen funktionieren. Daneben nutzen wir unsere Praxiserfahrung, um Ihnen zu helfen, Systemausfälle aufgrund ungünstiger Umweltfaktoren zu vermeiden. Behalten Sie diese Faktoren im Auge. Hier finden Sie unsere Kurzanleitung zur Störfestigkeit von Geräten. Darin werden die Arten der Störfestigkeit von Geräten, ihre Quellen und die rechtlichen Informationen zum Schutz Ihrer Systeme behandelt.

Wenn Sie mehr über die Systeme von OnLogic für Ihre spezielle Anwendung erfahren? Wenden sich an unsere Lösungsspezialist:innen.

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About the Author: Darek Fanton

Darek ist Communications Manager bei OnLogic. Seine Leidenschaft für Journalismus und Technologie hat ihn von den Redaktionen lokaler Zeitungen bis in die Produktionshallen von IBM geführt. Aufgrund seines Hintergrunds in der Nachrichtenredaktion ist er immer auf der Suche nach den neuesten technischen Entwicklungen und den besten Möglichkeiten, diese Informationen mit den Lesenden zu teilen. Neben seiner Affinität für Worte ist Darek auch ein Musikliebhaber, Jongleur und ein großer Fan von schlechten Witzen.
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