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布线必须考虑环境影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2010-06-18  来源:互联网  作者:manage  浏览次数:655
核心提示:  市场流行的5e类非屏蔽双绞线以太网电缆,以工业标准来衡量,是十分脆弱的。除了可能受到明显的物理损害,还存在更加隐蔽的、不可见的电磁/射频干扰。作为工业用户来讲,这样的电缆,显然难以满足需求。   以太网是联网世界无可争议的霸主,近些年来一直牢牢占据着
 
 

  市场流行的5e类非屏蔽双绞线以太网电缆,以工业标准来衡量,是十分脆弱的。除了可能受到明显的物理损害,还存在更加隐蔽的、不可见的电磁/射频干扰。作为工业用户来讲,这样的电缆,显然难以满足需求。
  以太网是联网世界无可争议的霸主,近些年来一直牢牢占据着商业办公环境的领地。控制和自动化领域也正在朝着这一开放式的、基于标准的技术发展。但是,作为工业用户来讲,您是否认为所有普通的电缆,都可以满足工业过程控制和自动化技术环境的苛刻要求呢?
  实际上,市场流行的5e类非屏蔽双绞线(COTS 5e UTP)以太网电缆,以工业标准来衡量,是十分脆弱的。除了可能受到明显的物理损害,还存在更加隐蔽的、不可见的电磁/射频干扰。
  假若要在工厂地面敷设非强化的商用级5e类非屏蔽双绞电缆,结果会如何呢?下面我们以普通电缆为例,分别就其在安装、温度及紫外线辐射和阳光照射对线缆的影响、线缆的耐油性、机械力等各个方面,来具体阐述在工业用恶劣环境下,以太网电缆应该具备的特点。
  什么环境为工业恶劣环境
  电缆在施工中和安装后,不论是施工时的实际影响,还是安装好后的环境影响,都可能带来较大的破坏影响,而我们通常所指的恶劣环境究竟是什么状况呢?全面了解这种环境影响,无疑可以提高电缆的应用性能。
  施工安装中的拉抻、搬运时线的自然分离是最基础的影响因素,在安装好后,外部环境的高温、日光照射、紫外线辐射、电磁、射频干扰等都会对电缆性能造成影响,而同时因磨损、剪断和碾压等外界机械力,以及接地、平衡等也会带来很大影响。这些来自于不同的人为或非人为因素,都给以太网带来了一个恶劣的工业环境。
  恶劣因素的影响分析
  笔者在此针对各种因素对电缆的影响一一进行分析,从而提醒用户在施工中或安装后有针对性地注意,能够尽最大可能来保证电缆的高性能。
  1 安装影响
  在综合布线的施工安装中,安装的正确与否是提高电缆性能的重要原因。按照国际标准,电缆被允许具有一定的拉伸能力。拉抻前,电缆为100英尺,拉伸后,可能变成100英尺2英寸。用过大的力拉抻商用级UTP,会拉长电缆。电缆的拉长会造成信号损失(衰减)和信号延迟。这些效应将限制电缆可能敷设的距离。
  在铺设电缆时,电缆在搬运的过程中,可能会导致双绞线散开。这样将改变线对导线中心间的间距,造成不平衡。这样,线对间具有更多的耦合作用(串扰)、信号回波传送(回损),更加容易受到周围电磁/射频干扰的影响。这些因素中的任何一个都可能会引起电缆传输数据的丢失,造成工业过程中断或安全问题。
  在目前市场上,国内很多的布线企业开始针对双绞线的散开问题,研制对策。比如国际布线厂商Belden CDT所引入的双绞线之间粘连线对技术,就可以防止线对的散开,保证了电缆的设计性能。
  采用粘连线技术的每一线对,都可沿整条电缆物理地粘连在一起。无论如何搬运,即使在安装时,线对也不会被无意分开。粘连线对还增加了机械强度,除了机械稳定性外,还提高了耐拉程度。
  2 温度影响
  上面的问题都是由搬运电缆而引起的。那么在工业应用中遇到极端温度环境时,电缆又会出现哪些问题呢?
  极端低温会使电缆变硬、变脆、很难使用。尤其在安装时,电缆太脆是一个很严重的问题。另一方面,极高的温度可能会使电缆中所使用的塑料性能降级。所以,用户应根据预期的温度敷设相应的电缆。
  电缆温度额定值并不是唯一的考虑因素。在20℃以上时,每增加1℃,COTS 5e类电缆的衰减会增加0.4%。在60℃时,衰减可能会增加16%。作为用户来讲,在这种情况下,用户也可以选择抗高温、抗衰减的产品。另一方面,用户也可以敷设较短的电缆。
  3 紫外线辐射和阳光照射
  大多数商用5e类电缆不是用于户外使用的,当电缆暴露在阳光中的紫外线下时,电缆的塑料护套就会加速分解。护套的机械强度开始降低,缩短了电缆的使用寿命。
  在这样的条件下,用户必须选择提供防阳光照射(SUN RES)电缆护套的产品,以确保这些电缆能够在实际应用中经久耐用,抗紫外线是以太网电缆需要具备的又一必要条件。
  4 耐油
  在实际的日常生产活动中,很多零部件都需要进行很好的润滑,以保证顺畅运行。从石油中提取的润滑油会浸入COTS 5e类电缆中,尤其是在高温下。油会造成电缆护套膨胀,失去机械强度,使内芯暴露在外。在这样的情况下,用户需要选择具备防油护套的产品。毫无疑问,耐油性也是以太网电缆满足实际生产需要的、不可或缺的条件。
  5 机械力—磨损、剪断和碾压
  在一些特殊环境中,作为用户,可能需要在电缆上行走,这样,可能会造成数据传输错误或网络延迟。如果在电缆上面驾驶,则可能会损坏整条电缆。普通商用电缆显然是无法满足这种需求的。
  在这样的情况下,就需要选择具备工业级电缆护套的产品,其中有些电缆具有独特的表面护套,可以针对磨损和剪断提供额外的机械保护。
  6 电磁、射频干扰,噪音和屏蔽
  以上所说的问题都很明显,因为用户可以看到或感觉到这些问题的发生。但是作为用户来讲,不可能轻易得知EMI/RFI(电磁干扰/射频干扰)何时发生和是否已给网络造成重大破坏。避开潜在的干扰源也是最好选择。
  避开潜在的干扰源,则需要在敷设电缆时尽量远离干扰源,如电焊机、切换继电器或直流驱动器。如果用户必须要控制诸如电焊等类似干扰源时,该怎么办呢?方法之一是使用光缆。光缆可以绝对避免电磁/射频干扰造成的影响。
  如果担心成本、复杂性或光缆的坚韧性等问题,也可以考虑采用屏蔽5e类铜缆解决方案。即使是简单的一层铝箔屏蔽,在正确接地时也能够提供很显著的抗电磁/射频干扰的能力。
  以太网电缆必须具有抗电磁/射频干扰的能力,才能确保在各类干扰源存在的情况下,也能保障网络信息畅通无阻的传递。
  7 接地
  正确的接地是获得有效屏蔽的关键。没有接地或接地不正确可能会降低屏蔽的效果。理想的屏蔽接地应该只有唯一的接点。当干扰信号耦合到屏蔽层上时,电流就会被导入大地,避免了屏蔽层下的线对受到影响。
  当屏蔽的近端和远端都与地面连接时,有可能形成接地环路。近端位置与远端位置的大地电势差,会在导电屏蔽层上形成巨大的电势差和相应电流。屏蔽流动的大地电流使屏蔽成为携带信号的线对的干扰源,因而以太网电缆必须很好地接地。
  8 平衡
  高度平衡的、稳定的UTP可提供很大的抗扰性。线对的每半个纽绞可以被看作一个环形天线。另外半个连续的纽绞在方向上都与上方导线相反。在一条平衡理想的电缆中,环形天线的交变极性,会抵消加在线对上的干扰。
  粘连线对电缆提供了最接近于完美平衡的特性,特别是在粗暴安装和在日常使用中受到机械损害之后。在干扰存在时,电缆的平衡性和稳定性是其在工业以太网的应用中成败的
  工业标准
  开放式的标准化是以太网的一个主要优点。任何产品都可以设计成符合IEEE所规定的最低要求。以太网最常用的电缆所遵循的现行标准是由TIA(电信行业协会)同EIA(电子行业协议)共同制定和实施的。
  TIA/EIA 568-B描述了有关商用建筑通信布线(电缆和连接器)的相关规定。TR-42委员会负责电信基础设施布线标准。在协调工业以太网标准在不同团体的应用中,各组织下了很大的努力。
  在欧洲,工业自动化开放网络协会(IAONA),国际电工委员会(IEC)和Cenelec(电子技术标准欧洲委员会)正在与TIA/EIA及互相间进行沟通,旨在推出面向工业以太网的真正开放、协调的、基于标准的工业通讯体系。
  以太网技术在控制和自动化联方面具有速度高和规模经济的优势。以太网必须根据工业环境所面临的实际的问题进行调整。虽然COTS电缆可以在一些工业应用中使用,但在有些应用中,COTS电缆因坚韧性不足而不能被接受。因此,作为用户来讲,在布设自己的布线系统时,一定要问一下自己:我的以太网电缆足够坚韧吗?



 
 
 
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