綜合布線布線須考慮環(huán)境影響

市場(chǎng)上流行的5e類非屏蔽雙絞線以太網(wǎng)電纜，按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)是非常脆弱的。除了明顯的物理?yè)p傷外，還有更多隱藏和不可見(jiàn)的電磁/射頻干擾。作為工業(yè)用戶，這種電纜顯然難以滿足需求。
以太網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)世界無(wú)可爭(zhēng)議的霸主，近年來(lái)已經(jīng)在商務(wù)辦公環(huán)境中牢牢占有一席之地。在控制和自動(dòng)化方面，也在向這個(gè)開(kāi)放的，基于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)發(fā)展。但作為一個(gè)工業(yè)用戶，你覺(jué)得普通的電纜，能滿足工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化技術(shù)環(huán)境的要求嗎？
實(shí)際上，市場(chǎng)上流行的5e類非屏蔽雙絞線(COTS 5e UTP)以太網(wǎng)電纜按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看非常脆弱。除了明顯的物理?yè)p傷外，還有更多隱藏和不可見(jiàn)的電磁/射頻干擾。
如果把無(wú)加強(qiáng)商用級(jí)5e類無(wú)屏蔽雙絞線電纜敷設(shè)在工廠地板上，會(huì)有什么結(jié)果？讓我們以普通電纜為例，從安裝、溫度、紫外線和陽(yáng)光對(duì)電纜的影響、電纜的耐油性和機(jī)械力等方面闡述以太網(wǎng)電纜在惡劣的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)該具備的特性。
哪種環(huán)境是工業(yè)惡劣環(huán)境
無(wú)論是施工過(guò)程中還是安裝之后，電纜的實(shí)際使用效果，還是安裝后的環(huán)境影響，都可能造成較大的損害，那么我們通常所說(shuō)的惡劣環(huán)境到底是什么情況呢？對(duì)環(huán)境影響的全面認(rèn)識(shí)，無(wú)疑能提高電纜的應(yīng)用性能。
工程安裝中的拉拉、搬運(yùn)時(shí)線的自然分離是最基本的影響因素，在安裝完成后，由于外部環(huán)境的高溫、陽(yáng)光照射、紫外線、電磁、射頻干擾等都會(huì)對(duì)電纜性能產(chǎn)生影響，同時(shí)由于磨損、剪切、碾壓等外部機(jī)械力，以及接地、平衡等因素也會(huì)產(chǎn)生較大影響。由于各種人為和非人為因素的存在，給以太網(wǎng)帶來(lái)了惡劣的工業(yè)環(huán)境。
惡劣因素的影響分析
本文針對(duì)各種因素對(duì)電纜的影響一一進(jìn)行了分析，從而提醒用戶在施工或安裝后要有針對(duì)性地加以注意，才能確保電纜的性能。
1安裝影響
在綜合布線的施工和安裝中，正確的安裝是提高電纜性能的重要原因。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，電纜允許有一定的抗拉能力。拉之前，電纜是100英尺，拉完之后可能變成100英尺2英寸。太多的力量拉動(dòng)商業(yè)UTP將延長(zhǎng)電纜。電纜的伸長(zhǎng)會(huì)造成信號(hào)損失(衰減)和信號(hào)延遲。這些效應(yīng)會(huì)限制電纜的鋪設(shè)距離。
敷設(shè)電纜時(shí)，在移動(dòng)電纜的過(guò)程中，可能會(huì)造成雙絞線散開(kāi)。這會(huì)改變導(dǎo)線中心間的距離，造成不平衡現(xiàn)象。因此，線對(duì)之間有較大的耦合(串?dāng)_)，信號(hào)的回波傳輸(回?fù)p)，更易受周圍電磁/射頻干擾的影響。其中任何一種因素都可能導(dǎo)致電纜傳輸數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致工業(yè)過(guò)程中斷或安全問(wèn)題。
當(dāng)前市場(chǎng)上，國(guó)內(nèi)不少布線企業(yè)開(kāi)始針對(duì)雙絞線出現(xiàn)的分叉問(wèn)題，制定對(duì)策。例如國(guó)際布線商 BeldenCDT引進(jìn)的雙絞線間粘接成對(duì)技術(shù)，就能防止線對(duì)分散，保證線纜的設(shè)計(jì)性能。
每一對(duì)采用粘連線技術(shù)，可以沿整根電纜物理粘連在一起。在任何情況下，線對(duì)都不會(huì)無(wú)意地被分離，即使在安裝時(shí)。膠接對(duì)還能增加機(jī)械強(qiáng)度，除機(jī)械穩(wěn)定性外，還能提高拉伸耐久性。
2溫度影響
以上問(wèn)題都是由于移動(dòng)電纜造成的。因此，在工業(yè)應(yīng)用中遇到極端的溫度環(huán)境時(shí)，電纜會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題呢？
極低的溫度會(huì)使電纜變硬，易碎，并且難以使用。特別是在安裝過(guò)程中，電纜太脆是一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。另外，極高的溫度可能會(huì)降低電纜中所用塑料的性能。因此，用戶應(yīng)該根據(jù)期望的溫度來(lái)鋪設(shè)相應(yīng)的電纜。
線纜額定溫度值并非唯一要考慮的因素。當(dāng)溫度超過(guò)20℃時(shí)，COTS5e類電纜的衰減值每升高1℃，就增加0.4%。當(dāng)溫度為60℃，衰減率可增加16%。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，在這種情況下，還可以選擇耐高溫、耐衰減的產(chǎn)品。另外，用戶還可以鋪設(shè)更短的電纜。
3紫外線輻射和陽(yáng)光照射
大部分商業(yè)的5 e類電纜不適合室外使用，當(dāng)它們暴露于太陽(yáng)紫外線下時(shí)，其塑料外殼會(huì)加速分解。套管的機(jī)械強(qiáng)度開(kāi)始下降，從而縮短了電纜的壽命。
在這種情況下，用戶必須選擇提供耐日曬(SUN RES)電纜護(hù)套的產(chǎn)品，以確保這些電纜在實(shí)際應(yīng)用中能持久耐用，而且耐紫外線是以太網(wǎng)電纜另一項(xiàng)必需的要求。
4耐油
日常生產(chǎn)活動(dòng)中，許多零件都要經(jīng)過(guò)很好的潤(rùn)滑，才能保證順利運(yùn)轉(zhuǎn)。來(lái)自石油的潤(rùn)滑劑將會(huì)浸入COTS5類電纜中，特別是在高溫條件下。油會(huì)導(dǎo)致電纜護(hù)套膨脹，失去機(jī)械強(qiáng)度，暴露出內(nèi)芯。如此情況下，用戶需選擇具有防油護(hù)套的產(chǎn)品。耐油無(wú)疑也是以太網(wǎng)電纜滿足實(shí)際生產(chǎn)所必需的、必不可少的條件。
5機(jī)械力-磨損、剪斷和碾壓
對(duì)于某些特殊的環(huán)境，用戶可能需要走在電纜上，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤或網(wǎng)絡(luò)延遲。若把車開(kāi)到鋼索上，可能會(huì)損壞整個(gè)鋼索。一般的商業(yè)電纜顯然不能滿足這種需要。
因此，必須選擇具有工業(yè)級(jí)電纜護(hù)套的產(chǎn)品，其中有些電纜具有獨(dú)特的表面護(hù)套，可以提供額外的機(jī)械保護(hù)，防止磨損和剪切。
6電磁、射頻干擾，噪音和屏蔽
上面提到的問(wèn)題是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)橛脩艨梢钥吹交蚋惺艿剿鼈兊某霈F(xiàn)。但對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，很難知道 EMI/RFI (EMI/RFI)是什么時(shí)候發(fā)生以及它是否已經(jīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成了嚴(yán)重的破壞。避免潛在干擾源也是一個(gè)很好的選擇。
避免潛在干擾源，則需要在鋪設(shè)電纜時(shí)，盡可能遠(yuǎn)離干擾源，例如焊機(jī)、切換繼電器或直流驅(qū)動(dòng)。當(dāng)使用者需要控制像電焊這樣的類似干擾源時(shí)，該如何處理？其中一個(gè)方法是使用光纖。絕對(duì)能夠避免由電磁/射頻干擾造成的影響。
考慮到成本、復(fù)雜性或光纖電纜的韌性等問(wèn)題，還可以考慮使用5 e類屏蔽銅纜方案。在正確接地的情況下，即使只是一層鋁箔屏蔽，也能提供非常好的抗 EM/RF干擾能力。
以太網(wǎng)電纜必須具有抗電磁/射頻干擾的能力，以保證在各種干擾源存在的情況下網(wǎng)絡(luò)信息的暢通傳輸。
7接地
接地正確是獲得有效屏蔽的關(guān)鍵。未接地或錯(cuò)誤接地可降低屏蔽效果。屏蔽接地應(yīng)僅限于唯一接點(diǎn)。將干擾信號(hào)耦合到屏蔽層時(shí)，將電流引入大地中，避免了屏蔽層下線路對(duì)電流的影響。
在屏蔽的近、遠(yuǎn)端與地面相連的情況下，可以形成接地環(huán)。近端位和遠(yuǎn)端位大地電位差將在導(dǎo)電屏表面產(chǎn)生較大的電位差和相應(yīng)的電流。由于大地電流的屏蔽，所以以太網(wǎng)電纜必須有良好的接地，以太網(wǎng)電纜才能作為傳輸信號(hào)的干擾源。
8平衡
高均衡、穩(wěn)定的 UTP具有較強(qiáng)的抗干擾能力。每半個(gè)線束都可以看作是一個(gè)環(huán)形天線。其他連續(xù)的紐絞線在方向上都與上面的導(dǎo)線相反。一個(gè)平衡的理想電纜中，環(huán)形天線的交變極性，可以抵消附加對(duì)線的干擾。
對(duì)于電纜而言，粘連線提供了最接近完美平衡的特性，尤其是在簡(jiǎn)單安裝和日常使用中的機(jī)械損壞后。當(dāng)存在干擾時(shí)，電纜的平衡性和穩(wěn)定性決定了其在工業(yè)以太網(wǎng)中的應(yīng)用。
工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)化是以太網(wǎng)的一大優(yōu)勢(shì)。任何產(chǎn)品都可以設(shè)計(jì)成符合IEEE規(guī)定的最低要求。目前最常用的以太網(wǎng)電纜遵循的標(biāo)準(zhǔn)是由TIA(電信行業(yè)協(xié)會(huì))和EIA(電子工業(yè)協(xié)議)共同制定和實(shí)施的。
TIA/EIA 568- B描述了在商業(yè)建筑中有關(guān)通信線路(電纜和連接器)的相關(guān)規(guī)定。委員會(huì)TR-42負(fù)責(zé)電信基礎(chǔ)設(shè)施的布線標(biāo)準(zhǔn)。為了協(xié)調(diào)不同集團(tuán)在工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，各個(gè)組織都做了很多工作。
在歐洲，工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì)(IAONA)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)和電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)歐洲委員會(huì)(EIA)正與 TIA/EIA以及其他組織進(jìn)行交流，其目的是推出一個(gè)真正開(kāi)放、協(xié)調(diào)、基于標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)通信系統(tǒng)，以工業(yè)以太網(wǎng)為目標(biāo)，以工業(yè)為基礎(chǔ)。
以太網(wǎng)技術(shù)在控制和自動(dòng)化方面具有高速和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)。以太網(wǎng)必須根據(jù)工業(yè)環(huán)境面臨的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整。雖然COTS電纜可以用于一些工業(yè)應(yīng)用，但在一些應(yīng)用中，COTS電纜由于韌性不足而不可接受。所以作為用戶，在布置自己的布線系統(tǒng)時(shí)，一定要問(wèn)自己:我的以太網(wǎng)線纜夠堅(jiān)韌嗎？