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          談工業建筑中綜合布線系統工程

          發布時間:2012-10-19 來源:中國自動化網 類型:應用案例 人瀏覽
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          綜合布線系統

          導讀:

          為了便于管理、提高生產效率,工廠企業已經開始采用MRP/ERP等制造業管理系統進行現代化的管理,采用工業控制系統實時監視和控制生產設

          1.2. 工業環境的應用需求

          為了便于管理、提高生產效率,工廠企業已經開始采用MRP/ERP等制造業管理系統進行現代化的管理,采用工業控制系統實時監視和控制生產設備。在這樣的生產車間和倉庫中,都會有大量的計算機終端設備、工控設備(如:帶網絡接口的PLC可編程控制器等等)或生產設備的網絡接口,這些設備的聯網可以使用傳統的RS485網絡,而更多的是采用以太網(有些工控系統網絡提高效率,還會在以太網上疊加軟件令牌協議)。這時就需要綜合布線系統遍布整個車間、連接到各個倉庫和辦公室,形成覆蓋整個工業企業的綜合布線系統。

          1.2.1. 高速的有線網絡遍布廠區

          穩定、不易斷線、可監控的有線網絡系統依然是廠區計算機網絡的主體,它們承載了絕大多數網絡(包括:廠區辦公網、物業管理網、工業控制網、弱電專網等等),甚至是無線局域網的AP設備也都依靠有線網絡為其提供信息和供電。

          一個廠區往往是辦公室、會議室、生產線、測試間、警衛室等等環境的集合體,這些房間和空間中都需要大量的信息點。

          在辦公室、會議室、車間辦公區等辦公環境中,一般參照辦公建筑進行信息點的布局和安排數量,在車間里,則根據設備和AP點的實際位置布置信息點(雙點,一用一備),并在一些未來可能會需要信息點的地方設置備用信息點。

          在廠區中,一般會設有總控中心(或幾個廠區共設一個總控中心),所以信息系統的主干網絡需要做到穩固、可靠、高速,以確保信息傳輸暢通無阻,并能夠實現全廠區的實時信息備份。

          1.2.2. 無形的無線局域網覆蓋

          在工業建筑中,有兩種情況需要采用無線網絡:

          ▲設備安裝時有線網絡系統尚未到位、而設備調試有需要網絡支持時

          從廣義上看,由于車間內的設備安裝隨時隨地可能增添和移位,所以車間內應進行無線覆蓋,以彌補有線網絡不能隨意移動而造成的短期信息點無法到位的問題。而一旦設備安裝完畢,有線網絡往往也已經同步開通,這時無線網絡將退出正式生產。

          ▲在無人倉庫中,無線網絡成為倉庫內“機器人”的信息傳輸主體

          隨著倉庫越來越大,倉庫將越來越高,對管理的效率也越來越關注,這時如果再采用常規的電腦查詢報表,任何人工去貨架上取貨已經成為不現實的事情。所以現在流行的高架倉庫管理已經走向自動化,使用機器人或堆垛機精確到位,以提高工作效率。由于設備的移動已不可能自帶常規的有線傳輸纜線,無線覆蓋就成為高架倉庫中的信息傳輸的首選。

          無線覆蓋對應于無線局域網,它的核心設備是按一定規律分布在各處的AP接入設備,這些AP設備需要使用水平雙絞線接到網絡交換機,并從交換機中得到信息流和POE電源(AP也可以使用本地的220V電源,但由于AP設備往往裝在高處等“人跡罕到”的地方,所以在那里安裝電源插座和電源設備(電源變換器)對于維護而言是不利的,而借助于雙絞線傳輸的POE電源則因減少了現場的電源而大大簡化了后期的維護成本。

          由于一臺無線AP覆蓋了一個區域,所以當某臺AP的信息傳輸中斷時,會導致這一區域內的無線傳輸全部中斷。如果確認是AP設備故障,一般換一臺AP就可以恢復;如果是對應的網絡交換機端口發生故障,則只要將跳線查到備用端口中即刻解決;而如果是雙絞線線路故障,在往往修復需要時日,對此綜合布線系統一般會為每臺AP設2個數據點(一用一備),使萬一有一根線發生故障時可以立即使用跳線切換到另一根雙絞線上,使無線AP保持正常工作后,在查找和修復布線系統中的故障。

          當使用無線局域網時需認真考慮因AP的無線敷設而引起得信息泄密問題,當確認在任何情況下都不會有重要的企業內部信息可能通過無線電波泄密時方可使用。

          1.2.3. 工業環境中的實時性

          現代化大生產已經越來越多地依靠自動化設備、工業控制系統和制造業信息管理系統,即使在中國勞動密集型企業也將會越來越少。這時的設備運行和企業管理都離不開高速計算機網絡好工業控制系統所提供的信息,如果信息不能按時傳輸到指定的終端,輕則生產停頓,重則機毀人亡。所以工業計算機網絡向來強調信息的實時性,而諸如軟件令牌、網絡輕載等等手段都是工業計算機網絡中經常比采用以實現信息實時性的手段。

          盡管工業控制系統向來不是以高速信息流為特色,但對于綜合布線系統的設計人員而言,實時性意味著網絡系統不能以瞬態傳輸速率確定傳輸線路的數量,而要以網絡輕載(如:20%的網絡流量)作為產品選擇和系統設計的依據。簡單而又略帶夸張地描述為:對于有實時性要求的工業計算機網絡而言,100Mbps需要千兆等級的傳輸系統,1Gbps則需要采用萬兆等級的傳輸系統,這時對應的綜合布線系統也需要選用相應的傳輸等級。

          1.3. 場地分析

          場地是指綜合布線系統實際安裝的空間,由于各種場地條件的限制,使布線系統的應用變得多姿多彩,也使布線工程師逐漸走上了全能的道路。

          1.3.1. 弱電間的管理半徑

          弱電間是綜合布線系統中底層的管理用房,由于配線自系統的長度限制,每個弱電間距離最遠的信息點之間的纜線長度不超過90米(另加10米的跳線形成常規所說的100米信道長度)。眾所周知,由于網絡設備的信號強度與纜線的長度有直接的關系,所以弱電間的位置直接關系到纜線的合理分配,而極限情況下則關系到應用系統是否能夠穩定工作(如:網絡系統在雙絞線長度超過100米時可能會出現不穩定現象)。

          樓層弱電間中包含著各種纜線,其中目前考慮最多的是綜合布線系統的水平雙絞線。盡管現在的水平雙絞線品質已經很高(如:德特威勒的水平雙絞線具有一次成型、應力平衡和緊護套等等優異性能),但由于影響網絡傳輸距離的關鍵指標:時延等等參數不隨產品質量而定,所以無論是多么好的水平雙絞線信道都不能超過100米,鏈路長度不超過90米。

          在辦公建筑中,從弱電間到辦公室信息點之間往往經過走廊,所以纜線的路由是確定的,設計時需要考慮的問題比較少;在工業建筑的車間往往很大,橋架的走向可以散向各方,這時就帶來了管理半徑的概念。

          在工業建筑中,弱電間和信息點往往都距地面不遠(如:弱電間的機柜落在地面上、信息點距地面300mm),如果這時的橋架距地面8米高、機柜預留5.5米、墻面面板預留0.5米,則實際水平面上的纜線長度只有90-8x2-5.5-0.5=68(米),也就是說,如果允許纜線從弱電間向各信息點呈真正的星型布線,則在上述約束條件下,弱電間的理論管理半徑為68米。

          工業建筑中真實的纜線布局不可能從弱電間向四面八方散開,而是要求纜線沿橋架集中敷設。當建筑物中的橋架呈橫平豎直布局時,也就是說橋架沿著水平和垂直兩個方向展開時,而且一個廠房的面積很大(如:數萬平米),就需要考慮弱電間的合理布局,希望能在纜線不超長的前提下,盡量減少弱電間的數量。

          根據前述的數據,當理論管理半徑為68米時,如果沿橫平豎直的橋架敷設纜線,就意味著纜線從弱電間到達信息點的橫向距離與縱向距離之和要求在68米之內。也就是當弱電間與信息點同處橫向橋架或縱向橋架下時,弱電間與信息點之間的距離可以達到68米,但在其他方向,則會因橫平豎直的布局原則而小于這個數據。

          要想確保雙絞線的長度不會超長,弱電間之間的距離應該采用以下數據:

          ▲水平方向和垂直方向上,弱電間之間的距離為68米*2即136米

          ▲在弱電間的45度斜角方向上設弱電間,弱電間之間的間距為68米*1.4=96米。

          當弱電間采用這樣的布局時,它們所構成的68米有效圓之間會有一些交叉,但任何區域中的信息點長度都不會出現超長的現象。

          1.3.2. 弱電間的安裝環境

          在工業廠房中,弱電間的安裝位置和安裝高度隨環境而變,有些坐落在樓層的地坪上,有些則高出地面,位于管理辦公室的頂層平臺上;有些可能不得不安裝在辦公區的一角,有些卻可能位于走廊的邊上。

          對于新建廠房,弱電間的布局相對容易,因為可以經過

          統籌安排后在圖紙上標定,與廠房的建設同步完成。如果是在已經建成的廠房中添加弱電間/弱電機柜,則難度相對比較高,場地也比較難選擇。這時,一般需要注意以下問題:

          ▲配線子系統的纜線長度控制在90米之內。

          ▲盡量設立獨立的、IT專管的弱電機房。

          ▲宜選用落地式機柜,并在機柜四邊留下設備安裝和維護空間。

          ▲弱電間/配線機柜周圍不應有異常的氣味,以免設備受損或維護人員難以工作。

          ▲當弱電間與其他部門合用時,設法將弱電機柜周邊的空間隔離出來,使這塊空間變為IT獨用。

          ▲當配線機柜不得不安裝在公用區域或借用其他部門的空間時,應加強對機柜殼體的強度,封閉機柜對外的孔洞(防水),盡量不使用玻璃門(防止意外碰碎傷人),使用專門的鎖具/鑰匙,確保機柜電源能夠實現不間斷供電。總之,要使得機柜內的布線系統和和網絡設備不會因外部原因而停止工作,導致所轄區域內的信息傳輸中斷。

          ▲對于無法上鎖的弱電間或公用區域,應經常檢查,一旦遇到機柜破損、漏水或纜線/設備被“埋入”其他部門的資料或貨品之中時,需與合用部門商量,盡快清理整齊,以免今后維護時帶來不必要的麻煩。

          1.3.3. 信息點分布

          工業建筑中的信息點一般相當分散,使得每個電信間僅僅管理少量的信息點,甚至有時只管理2~3個信息點,導致主干光纜與水平雙絞線之間的比例失衡,引起單位造價較高,所以工業建筑中一般不能使用常規的均價數值估算總價。

          其實,在工業企業中,綜合布線系統的造價與工業設備相比是九牛一毛,而讓設備能夠準確、可靠的聯網,進入工業控制系統的全自動管理范疇、成制造業信息管理系統的基層平臺,而且穩定、可靠、易維護,成為IT系統中壓倒一切的中心工作。從這個角度看,即使信息點的十分分散,每個信息點的單位造價遠高于辦公樓,也是值得的。

          1.3.4. 建筑群子系統 工業建筑通常是指廠房和工業園區。在各種各樣的現代化工業建筑中,至少包含三部分建筑:生產車間、倉庫、辦公區域和控制中心/監控中心。其中,生產車間及輔助建筑是工業建筑中的主體,而辦公區域和控制中心/監控中心則與辦公建筑和數據中心中的監控中心基本一致。所以,工業建筑的綜合布線解決方案將圍繞著生產車間、倉庫和工業園區展開。

          各建筑物之間的綜合布線主干纜線通常會采用地下管網、地下管廊、共用地下層等方式敷設,現在纜線直埋或架空方式已經很少見到,而且由于這兩種方式既容易損壞也不美觀,所以建議盡量不去選用。

          建筑群主干纜線在施工使往往會收到比較大的拉力,所以設計時應特別注意主干纜線的抗拉強度是否符合該項目的企業規范。有些外企在中國的項目對光纜的抗拉強度要求達到9000N,這時就應該選擇與之相適應的光纜,而不是僅僅確定其中的纖芯。

          建筑群主干纜線一般會因施工難度比較大,導致施工后很少會更換主干纜線,所以在選擇建筑群主干纜線時應充分考慮到未來若干年后可能產生的需求。例如,對于主干光纜,現在的設計大多采用單模零水峰光纜,以便今后無縫升級到40G或100G以太網。如果采用的是萬兆單模光纜,即使傳輸距離能夠滿足,還需備足纖芯數(每路40G需8芯、每路100G需20芯),否則今后仍然無法升級到40G和100G以太網。

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