综合布线布线须考虑环境影响
市场上流行的5e类非屏蔽双绞线以太网电缆,按照工业标准来说是非常脆弱的。除了明显的物理损伤外,还有更多隐藏和不可见的电磁/射频干扰。作为工业用户,这种电缆显然难以满足需求。
以太网络是网络世界无可争议的霸主,近年来已经在商务办公环境中牢牢占有一席之地。在控制和自动化方面,也在向这个开放的,基于标准的技术发展。但作为一个工业用户,你觉得普通的电缆,能满足工业过程控制和自动化技术环境的要求吗?
实际上,市场上流行的5e类非屏蔽双绞线(COTS 5e UTP)以太网电缆按工业标准来看非常脆弱。除了明显的物理损伤外,还有更多隐藏和不可见的电磁/射频干扰。
如果把无加强商用级5e类无屏蔽双绞线电缆敷设在工厂地板上,会有什么结果?让我们以普通电缆为例,从安装、温度、紫外线和阳光对电缆的影响、电缆的耐油性和机械力等方面阐述以太网电缆在恶劣的工业环境中应该具备的特性。
哪种环境是工业恶劣环境
无论是施工过程中还是安装之后,电缆的实际使用效果,还是安装后的环境影响,都可能造成较大的损害,那么我们通常所说的恶劣环境到底是什么情况呢?对环境影响的全面认识,无疑能提高电缆的应用性能。
工程安装中的拉拉、搬运时线的自然分离是最基本的影响因素,在安装完成后,由于外部环境的高温、阳光照射、紫外线、电磁、射频干扰等都会对电缆性能产生影响,同时由于磨损、剪切、碾压等外部机械力,以及接地、平衡等因素也会产生较大影响。由于各种人为和非人为因素的存在,给以太网带来了恶劣的工业环境。
恶劣因素的影响分析
本文针对各种因素对电缆的影响一一进行了分析,从而提醒用户在施工或安装后要有针对性地加以注意,才能确保电缆的性能。
1安装影响
在综合布线的施工和安装中,正确的安装是提高电缆性能的重要原因。根据国际标准,电缆允许有一定的抗拉能力。拉之前,电缆是100英尺,拉完之后可能变成100英尺2英寸。太多的力量拉动商业UTP将延长电缆。电缆的伸长会造成信号损失(衰减)和信号延迟。这些效应会限制电缆的铺设距离。
敷设电缆时,在移动电缆的过程中,可能会造成双绞线散开。这会改变导线中心间的距离,造成不平衡现象。因此,线对之间有较大的耦合(串扰),信号的回波传输(回损),更易受周围电磁/射频干扰的影响。其中任何一种因素都可能导致电缆传输数据丢失,导致工业过程中断或安全问题。
当前市场上,国内不少布线企业开始针对双绞线出现的分叉问题,制定对策。例如国际布线商 BeldenCDT引进的双绞线间粘接成对技术,就能防止线对分散,保证线缆的设计性能。
每一对采用粘连线技术,可以沿整根电缆物理粘连在一起。在任何情况下,线对都不会无意地被分离,即使在安装时。胶接对还能增加机械强度,除机械稳定性外,还能提高拉伸耐久性。
2温度影响
以上问题都是由于移动电缆造成的。因此,在工业应用中遇到极端的温度环境时,电缆会出现什么问题呢?
极低的温度会使电缆变硬,易碎,并且难以使用。特别是在安装过程中,电缆太脆是一个严重问题。另外,极高的温度可能会降低电缆中所用塑料的性能。因此,用户应该根据期望的温度来铺设相应的电缆。
线缆额定温度值并非唯一要考虑的因素。当温度超过20℃时,COTS5e类电缆的衰减值每升高1℃,就增加0.4%。当温度为60℃,衰减率可增加16%。对于使用者来说,在这种情况下,还可以选择耐高温、耐衰减的产品。另外,用户还可以铺设更短的电缆。
3紫外线辐射和阳光照射
大部分商业的5 e类电缆不适合室外使用,当它们暴露于太阳紫外线下时,其塑料外壳会加速分解。套管的机械强度开始下降,从而缩短了电缆的寿命。
在这种情况下,用户必须选择提供耐日晒(SUN RES)电缆护套的产品,以确保这些电缆在实际应用中能持久耐用,而且耐紫外线是以太网电缆另一项必需的要求。
4耐油
日常生产活动中,许多零件都要经过很好的润滑,才能保证顺利运转。来自石油的润滑剂将会浸入COTS5类电缆中,特别是在高温条件下。油会导致电缆护套膨胀,失去机械强度,暴露出内芯。如此情况下,用户需选择具有防油护套的产品。耐油无疑也是以太网电缆满足实际生产所必需的、必不可少的条件。
5机械力-磨损、剪断和碾压
对于某些特殊的环境,用户可能需要走在电缆上,这会导致数据传输错误或网络延迟。若把车开到钢索上,可能会损坏整个钢索。一般的商业电缆显然不能满足这种需要。
因此,必须选择具有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,可以提供额外的机械保护,防止磨损和剪切。
6电磁、射频干扰,噪音和屏蔽
上面提到的问题是显而易见的,因为用户可以看到或感受到它们的出现。但对于用户来说,很难知道 EMI/RFI (EMI/RFI)是什么时候发生以及它是否已经对网络造成了严重的破坏。避免潜在干扰源也是一个很好的选择。
避免潜在干扰源,则需要在铺设电缆时,尽可能远离干扰源,例如焊机、切换继电器或直流驱动。当使用者需要控制像电焊这样的类似干扰源时,该如何处理?其中一个方法是使用光纤。绝对能够避免由电磁/射频干扰造成的影响。
考虑到成本、复杂性或光纤电缆的韧性等问题,还可以考虑使用5 e类屏蔽铜缆方案。在正确接地的情况下,即使只是一层铝箔屏蔽,也能提供非常好的抗 EM/RF干扰能力。
以太网电缆必须具有抗电磁/射频干扰的能力,以保证在各种干扰源存在的情况下网络信息的畅通传输。
7接地
接地正确是获得有效屏蔽的关键。未接地或错误接地可降低屏蔽效果。屏蔽接地应仅限于唯一接点。将干扰信号耦合到屏蔽层时,将电流引入大地中,避免了屏蔽层下线路对电流的影响。
在屏蔽的近、远端与地面相连的情况下,可以形成接地环。近端位和远端位大地电位差将在导电屏表面产生较大的电位差和相应的电流。由于大地电流的屏蔽,所以以太网电缆必须有良好的接地,以太网电缆才能作为传输信号的干扰源。
8平衡
高均衡、稳定的 UTP具有较强的抗干扰能力。每半个线束都可以看作是一个环形天线。其他连续的纽绞线在方向上都与上面的导线相反。一个平衡的理想电缆中,环形天线的交变极性,可以抵消附加对线的干扰。
对于电缆而言,粘连线提供了最接近完美平衡的特性,尤其是在简单安装和日常使用中的机械损坏后。当存在干扰时,电缆的平衡性和稳定性决定了其在工业以太网中的应用。
工业标准
开放标准化是以太网的一大优势。任何产品都可以设计成符合IEEE规定的最低要求。目前最常用的以太网电缆遵循的标准是由TIA(电信行业协会)和EIA(电子工业协议)共同制定和实施的。
TIA/EIA 568- B描述了在商业建筑中有关通信线路(电缆和连接器)的相关规定。委员会TR-42负责电信基础设施的布线标准。为了协调不同集团在工业以太网标准的应用,各个组织都做了很多工作。
在欧洲,工业自动化开放网络协会(IAONA)、国际电工委员会(IEC)和电子技术标准欧洲委员会(EIA)正与 TIA/EIA以及其他组织进行交流,其目的是推出一个真正开放、协调、基于标准的工业通信系统,以工业以太网为目标,以工业为基础。
以太网技术在控制和自动化方面具有高速和规模经济的优势。以太网必须根据工业环境面临的实际问题进行调整。虽然COTS电缆可以用于一些工业应用,但在一些应用中,COTS电缆由于韧性不足而不可接受。所以作为用户,在布置自己的布线系统时,一定要问自己:我的以太网线缆够坚韧吗?