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恶劣工业应用的线缆布线要求

    作者:宏拓新软件
    发布日期:2020-07-27         
阅读:47     
 
 

在比较传统的商业环境(如办公楼)和工业环境(包括工厂车间、处理设施和废水处理厂)时,对线缆连接和其他互连基础设施产品的要求差异很大。

标准的商业环境一般没有细颗粒物、液体和极端温度。而工业环境包含以上部分或全部条件,以及冲击、振动和电磁/射频干扰。

传统的“受控制的”环境

传统环境包括居家办公、中小型企业和大型企业网络,在这些网络中,互连组件不会受到灰尘、湿气、化学药品或射频和电磁干扰的影响。对于以上安装而言,有多种产品可供选择,可以从众多制造商和供应商处获取。大部分基础设施的线缆布线都安装在天花板上方的增压空间中,或者在多年未使用的墙壁内部进行布线。每个分配线架(IDF)和主配线架(MDF)通常通过供热通风与空气调节(HVAC)系统进行气候控制,该系统将房屋布线以及诸如交换机、路由器和服务器之类的有源设备保持在恒定的温度和湿度水平。

在这些类型的安装中,通常使用铜制非屏蔽双绞线(UTP)和光缆布线的组合。光缆布线可用于建筑物楼层之间的长距离传输,有时还可用于地下管道或直接埋线,从而连接多个校园建筑物。参见图1。

 

图1

 

“不受控制”的工业环境

工业环境通常包括制造设施、陆上和海上石油加工作业、煤矿、废水处理设施以及包括隧道、地铁等在内的运输系统。这些不受控制的恶劣环境包括室内和室外设施,其中极端温度、湿度、震动以及暴露在化学物质之中非常普遍。在为此类条件设计布线基础设施时,需要特别注意。

电磁/射频干扰

网络线缆布线通常紧邻或靠近电动机和电源。电磁干扰和射频干扰会干扰铜缆上的数据传输,导致停机和错误。为了减少或消除电磁/射频干扰,必须使用屏蔽线缆和连接器。

通常情况下,使用两种类型的线缆屏蔽层:编织屏蔽层和箔屏蔽层。箔屏蔽层具有100%的导线覆盖率,但是很难有效地端接连接器,电阻较高,无法提供最佳的接地路径。

编织屏蔽层通常具有60%-85%的屏蔽率,最多为95%左右。编织屏蔽层的质量比箔屏蔽层要高,因此具有更好的导电性,在线缆端部可牢固地连接到连接器,从而提供了良好的接地。大多数情况下,屏蔽线缆会同时使用箔屏蔽层和编织屏蔽层,从而提供最高级别的电磁/射频干扰保护。参见图2。

 

图2

 

在建造屏蔽线缆工厂时,使用屏蔽线缆、屏蔽连接器和屏蔽互连点(例如配线架)至关重要,从而使屏蔽有效地抵御电磁/射频干扰。此外,所有组件的正确接地对于实现有效的屏蔽至关重要。

护套类型

在恶劣环境中设计布线设备时,需要考虑的另一个因素是线缆护套。在某些情况下,自动化设备通过持续运动的五类/超五类类或6类线缆直接连接,需要使用具有高柔性、低摩擦的护套和坚固连接器的线缆,从而确保高平均故障间隔时间(MTBF)。

其他环境要求线缆布线暴露于石油基产品或其他化学物质。传统的聚氯乙烯(PVC)护套线缆暴露在这些刺激性液体时会断裂。

如果保护设备或人员生命是一项设计要求,则应当考虑使用低烟无卤(LSZH)护套线缆。低烟无卤(LSZH)线缆释放的有毒气体比标准聚氯乙烯(PVC)线缆护套要少。通常情况下,低烟无卤(LSZH)线缆用于狭窄的空间,例如采矿作业。

光纤

在过去的几年中,光纤线缆作为传统屏蔽线缆的替代品,由于不受电磁干扰和射频干扰的影响,在工业装置中的应用不断增长。另外,与铜缆相比,光缆可以延长距离,而无需使用昂贵且笨重的中继器。尽管光纤在现场端接比较困难,成本比屏蔽双绞线(STP)线缆更高,但是光纤的价格一直在下降。随着更多的海洋工程用、低成本光纤的制造,这种趋势将持续下去。

在某些情况下,可能仅在工业线缆工厂靠近高电磁干扰(EMI)的某些区域或由于距离限制而铜线不足的设施之间才需要用到光纤(见图3)。在这种情况下,成本相对较低的媒体转换器可保留现有的铜缆基础设施投资,并且允许在需要时访问光纤通道。

 

线缆

图3

 

线缆距离限制

非屏蔽双绞线(UTP) 100米

屏蔽双绞线(STP) 100米

多模光纤50/125和62.5/125 2千米

单模光纤9/125 100千米*

* 最大距离取决于使用的光纤

恶劣环境评级系统

美国国家电气制造商协会(NEMA)和国际电工委员会(IEC)这两个标准小组为诸如线缆组件、外壳等产品设计了评级系统,定义了产品对灰尘、水分、水浸和冰的抵抗力 。国际电工委员会(IEC)的等级被称为IP或异物防护等级。下表概述了美国国家电气制造商协会(NEMA)和国际电工委员会(IEC)的 IP防护等级。参见图4。

 

线缆

图4

 

就线缆组件和IP等级而言,适当的端接对于获得IP等级而言至关重要。连接器和线缆必须按照制造商的规格正确端接,从而有效满足IP等级。如果未正确组装,液体、碎屑 和细小颗粒最终使网络瘫痪。

结论

设计网络时,不仅要考虑有源设备(例如以太网交换机)的运行环境,还要考虑线缆布线、连接器配线架、壁板和机柜的运行环境,以确保最佳的网络性能。

 

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