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1.2. 工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用需求

為了便于管理、提高生產(chǎn)效率，工廠企業(yè)已經(jīng)開始采用MRP/ERP等制造業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代化的管理，采用工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)車間和倉(cāng)庫(kù)中，都會(huì)有大量的計(jì)算機(jī)終端設(shè)備、工控設(shè)備(如：帶網(wǎng)絡(luò)接口的PLC可編程控制器等等)或生產(chǎn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口，這些設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)可以使用傳統(tǒng)的RS485網(wǎng)絡(luò)，而更多的是采用以太網(wǎng)(有些工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提高效率，還會(huì)在以太網(wǎng)上疊加軟件令牌協(xié)議)。這時(shí)就需要綜合布線系統(tǒng)遍布整個(gè)車間、連接到各個(gè)倉(cāng)庫(kù)和辦公室，形成覆蓋整個(gè)工業(yè)企業(yè)的綜合布線系統(tǒng)。

1.2.1. 高速的有線網(wǎng)絡(luò)遍布廠區(qū)

穩(wěn)定、不易斷線、可監(jiān)控的有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)依然是廠區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主體，它們承載了絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)(包括：廠區(qū)辦公網(wǎng)、物業(yè)管理網(wǎng)、工業(yè)控制網(wǎng)、弱電專網(wǎng)等等)，甚至是無(wú)線局域網(wǎng)的AP設(shè)備也都依靠有線網(wǎng)絡(luò)為其提供信息和供電。

車間內(nèi)的綜合布線橋架

一個(gè)廠區(qū)往往是辦公室、會(huì)議室、生產(chǎn)線、測(cè)試間、警衛(wèi)室等等環(huán)境的集合體，這些房間和空間中都需要大量的信息點(diǎn)。

在辦公室、會(huì)議室、車間辦公區(qū)等辦公環(huán)境中，一般參照辦公建筑進(jìn)行信息點(diǎn)的布局和安排數(shù)量，在車間里，則根據(jù)設(shè)備和AP點(diǎn)的實(shí)際位置布置信息點(diǎn)(雙點(diǎn)，一用一備)，并在一些未來(lái)可能會(huì)需要信息點(diǎn)的地方設(shè)置備用信息點(diǎn)。

在廠區(qū)中，一般會(huì)設(shè)有總控中心(或幾個(gè)廠區(qū)共設(shè)一個(gè)總控中心)，所以信息系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)需要做到穩(wěn)固、可靠、高速，以確保信息傳輸暢通無(wú)阻，并能夠?qū)崿F(xiàn)全廠區(qū)的實(shí)時(shí)信息備份。

1.2.2. 無(wú)形的無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋

在工業(yè)建筑中，有兩種情況需要采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：

▲設(shè)備安裝時(shí)有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)尚未到位、而設(shè)備調(diào)試有需要網(wǎng)絡(luò)支持時(shí)

從廣義上看，由于車間內(nèi)的設(shè)備安裝隨時(shí)隨地可能增添和移位，所以車間內(nèi)應(yīng)進(jìn)行無(wú)線覆蓋，以彌補(bǔ)有線網(wǎng)絡(luò)不能隨意移動(dòng)而造成的短期信息點(diǎn)無(wú)法到位的問題。而一旦設(shè)備安裝完畢，有線網(wǎng)絡(luò)往往也已經(jīng)同步開通，這時(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將退出正式生產(chǎn)。

▲在無(wú)人倉(cāng)庫(kù)中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成為倉(cāng)庫(kù)內(nèi)“機(jī)器人”的信息傳輸主體

 隨著倉(cāng)庫(kù)越來(lái)越大，倉(cāng)庫(kù)將越來(lái)越高，對(duì)管理的效率也越來(lái)越關(guān)注，這時(shí)如果再采用常規(guī)的電腦查詢報(bào)表，任何人工去貨架上取貨已經(jīng)成為不現(xiàn)實(shí)的事情。所以現(xiàn)在流行的高架倉(cāng)庫(kù)管理已經(jīng)走向自動(dòng)化，使用機(jī)器人或堆垛機(jī)精確到位，以提高工作效率。由于設(shè)備的移動(dòng)已不可能自帶常規(guī)的有線傳輸纜線，無(wú)線覆蓋就成為高架倉(cāng)庫(kù)中的信息傳輸?shù)氖走x。

無(wú)線覆蓋對(duì)應(yīng)于無(wú)線局域網(wǎng)，它的核心設(shè)備是按一定規(guī)律分布在各處的AP接入設(shè)備，這些AP設(shè)備需要使用水平雙絞線接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，并從交換機(jī)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(shè)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(shè)備(電源變換器)對(duì)于維護(hù)而言是不利的，而借助于雙絞線傳輸?shù)腜OE電源則因減少了現(xiàn)場(chǎng)的電源而大大簡(jiǎn)化了后期的維護(hù)成本。

正在建造中的高架倉(cāng)庫(kù)

由于一臺(tái)無(wú)線AP覆蓋了一個(gè)區(qū)域，所以當(dāng)某臺(tái)AP的信息傳輸中斷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致這一區(qū)域內(nèi)的無(wú)線傳輸全部中斷。如果確認(rèn)是AP設(shè)備故障，一般換一臺(tái)AP就可以恢復(fù);如果是對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口發(fā)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(fù)需要時(shí)日，對(duì)此綜合布線系統(tǒng)一般會(huì)為每臺(tái)AP設(shè)2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(一用一備)，使萬(wàn)一有一根線發(fā)生故障時(shí)可以立即使用跳線切換到另一根雙絞線上，使無(wú)線AP保持正常工作后，在查找和修復(fù)布線系統(tǒng)中的故障。

當(dāng)使用無(wú)線局域網(wǎng)時(shí)需認(rèn)真考慮因AP的無(wú)線敷設(shè)而引起得信息泄密問題，當(dāng)確認(rèn)在任何情況下都不會(huì)有重要的企業(yè)內(nèi)部信息可能通過(guò)無(wú)線電波泄密時(shí)方可使用。

1.2.3. 工業(yè)環(huán)境中的實(shí)時(shí)性

現(xiàn)代化大生產(chǎn)已經(jīng)越來(lái)越多地依靠自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)控制系統(tǒng)和制造業(yè)信息管理系統(tǒng)，即使在中國(guó)勞動(dòng)密集型企業(yè)也將會(huì)越來(lái)越少。這時(shí)的設(shè)備運(yùn)行和企業(yè)管理都離不開高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)好工業(yè)控制系統(tǒng)所提供的信息，如果信息不能按時(shí)傳輸?shù)街付ǖ慕K端，輕則生產(chǎn)停頓，重則機(jī)毀人亡。所以工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向來(lái)強(qiáng)調(diào)信息的實(shí)時(shí)性，而諸如軟件令牌、網(wǎng)絡(luò)輕載等等手段都是工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常比采用以實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)性的手段。

盡管工業(yè)控制系統(tǒng)向來(lái)不是以高速信息流為特色，但對(duì)于綜合布線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員而言，實(shí)時(shí)性意味著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不能以瞬態(tài)傳輸速率確定傳輸線路的數(shù)量，而要以網(wǎng)絡(luò)輕載(如：20%的網(wǎng)絡(luò)流量)作為產(chǎn)品選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。簡(jiǎn)單而又略帶夸張地描述為：對(duì)于有實(shí)時(shí)性要求的工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而言，100Mbps需要千兆等級(jí)的傳輸系統(tǒng)，1Gbps則需要采用萬(wàn)兆等級(jí)的傳輸系統(tǒng)，這時(shí)對(duì)應(yīng)的綜合布線系統(tǒng)也需要選用相應(yīng)的傳輸?shù)燃?jí)。

1.3. 場(chǎng)地分析

場(chǎng)地是指綜合布線系統(tǒng)實(shí)際安裝的空間，由于各種場(chǎng)地條件的限制，使布線系統(tǒng)的應(yīng)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(tǒng)中底層的管理用房，由于配線自系統(tǒng)的長(zhǎng)度限制，每個(gè)弱電間距離最遠(yuǎn)的信息點(diǎn)之間的纜線長(zhǎng)度不超過(guò)90米(另加10米的跳線形成常規(guī)所說(shuō)的100米信道長(zhǎng)度)。眾所周知，由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度與纜線的長(zhǎng)度有直接的關(guān)系，所以弱電間的位置直接關(guān)系到纜線的合理分配，而極限情況下則關(guān)系到應(yīng)用系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定工作(如：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在雙絞線長(zhǎng)度超過(guò)100米時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)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(tǒng)的水平雙絞線。盡管現(xiàn)在的水平雙絞線品質(zhì)已經(jīng)很高(如：德特威勒的水平雙絞線具有一次成型、應(yīng)力平衡和緊護(hù)套等等優(yōu)異性能)，但由于影響網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的關(guān)鍵指標(biāo)：時(shí)延等等參數(shù)不隨產(chǎn)品質(zhì)量而定，所以無(wú)論是多么好的水平雙絞線信道都不能超過(guò)100米，鏈路長(zhǎng)度不超過(guò)90米。

在辦公建筑中，從弱電間到辦公室信息點(diǎn)之間往往經(jīng)過(guò)走廊，所以纜線的路由是確定的，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問題比較少;在工業(yè)建筑的車間往往很大，橋架的走向可以散向各方，這時(shí)就帶來(lái)了管理半徑的概念。

在工業(yè)建筑中，弱電間和信息點(diǎn)往往都距地面不遠(yuǎn)(如：弱電間的機(jī)柜落在地面上、信息點(diǎn)距地面300mm)，如果這時(shí)的橋架距地面8米高、機(jī)柜預(yù)留5.5米、墻面面板預(yù)留0.5米，則實(shí)際水平面上的纜線長(zhǎng)度只有90-8x2-5.5-0.5=68(米)，也就是說(shuō)，如果允許纜線從弱電間向各信息點(diǎn)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(yè)建筑中真實(shí)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(shè)。當(dāng)建筑物中的橋架呈橫平豎直布局時(shí)，也就是說(shuō)橋架沿著水平和垂直兩個(gè)方向展開時(shí)，而且一個(gè)廠房的面積很大(如：數(shù)萬(wàn)平米)，就需要考慮弱電間的合理布局，希望能在纜線不超長(zhǎng)的前提下，盡量減少弱電間的數(shù)量。

根據(jù)前述的數(shù)據(jù)，當(dāng)理論管理半徑為68米時(shí)，如果沿橫平豎直的橋架敷設(shè)纜線，就意味著纜線從弱電間到達(dá)信息點(diǎn)的橫向距離與縱向距離之和要求在68米之內(nèi)。也就是當(dāng)弱電間與信息點(diǎn)同處橫向橋架或縱向橋架下時(shí)，弱電間與信息點(diǎn)之間的距離可以達(dá)到68米，但在其他方向，則會(huì)因橫平豎直的布局原則而小于這個(gè)數(shù)據(jù)。

圖1中是一個(gè)配線架的管理區(qū)域示意圖。

圖1 單弱電間的管理范圍

在圖中，從弱電間向外，橫向和縱向都有橋架，而從橋架到個(gè)信息點(diǎn)之間則采用電線管水平(或垂直)敷設(shè)的方式，所以在弱電間的水平方向和垂直方向上，信息點(diǎn)距弱電間的距離最遠(yuǎn)，而水平和垂直之間的四個(gè)象限內(nèi)的信息點(diǎn)，則因?yàn)槔|線先沿橋架敷設(shè)，然后轉(zhuǎn)入電線管所造成的直角轉(zhuǎn)彎而造成纜線距弱電間的距離縮短(事實(shí)上，纜線的極限長(zhǎng)度并沒有變化)。

當(dāng)一個(gè)大廠房中需要設(shè)置多個(gè)弱電間時(shí)，圖2是一種典型的弱電間規(guī)劃方式：將弱電間布置在水平橋架與垂直橋架交叉點(diǎn)上，而橋架與橋架之間的同方向間距暫定為等間距，以此可以計(jì)算出弱電間之間的距離：

圖2 橫平豎直的弱電間布局示意圖

在圖2中，弱電間的布局采用了弱電間呈菱形布局，并用橫平豎直的橋架貫通的方案。因?yàn)樗诫p絞線的極限長(zhǎng)度為90米，而雙絞線鏈路中通常會(huì)在圖紙平面長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上增加22米的工程計(jì)算值(假定工業(yè)廠房?jī)?nèi)的橋架到地面的高度為8米、機(jī)柜預(yù)留長(zhǎng)度為5.5米和面板預(yù)留長(zhǎng)度為0.5米等等)。所以，雙絞線的實(shí)際平面長(zhǎng)度只能是在68米之內(nèi)。

從圖2可以看出，從弱電間到上、下、左、右四個(gè)方向的橋架方向可以達(dá)到68米的極限長(zhǎng)度，而在這4條線上，一般很少會(huì)有信息點(diǎn)。大量的信息點(diǎn)集中在以弱電間為圓心、68米為半徑的圓內(nèi)。這樣一來(lái)，要想確保雙絞線的長(zhǎng)度不會(huì)超長(zhǎng)，弱電間之間的距離應(yīng)該采用以下數(shù)據(jù)：

▲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(shè)弱電間，弱電間之間的間距為68米*1.4=96米。

當(dāng)弱電間采用這樣的布局時(shí)，它們所構(gòu)成的68米有效圓之間會(huì)有一些交叉，但任何區(qū)域中的信息點(diǎn)長(zhǎng)度都不會(huì)出現(xiàn)超長(zhǎng)的現(xiàn)象。

實(shí)際上，弱電間之間采用正六邊型的蜂窩狀布局時(shí)管理面積比較大(參見圖3)，但由于計(jì)算比較復(fù)雜(等邊三角型中心計(jì)算)和橋架比較密集，所以弱電間呈菱形的布局方式就成為了比較理想的工程選擇方案。

圖3 正六邊型蜂窩狀弱電間布局

圖2和圖3所示布局方式不但可以用于大型的工業(yè)廠房?jī)?nèi)，也可以簡(jiǎn)化后用于對(duì)普通辦公建筑物的弱電間布局考慮，如：

▲對(duì)于一個(gè)只有一條走廊，而且以弱電間為直角點(diǎn)，邊長(zhǎng)為78米(層高為4米時(shí))的45度直角三角形能夠覆蓋時(shí)，弱電間應(yīng)該設(shè)在走廊的中部;

▲對(duì)于一個(gè)走廊長(zhǎng)度超過(guò)75米的建筑而言，弱電間的位置不宜在兩端，可以分別設(shè)在以弱電間為直角點(diǎn)，邊長(zhǎng)為75米的45度直角三角形能夠全部覆蓋的各個(gè)位置上。

當(dāng)然，這些位置都是理想位置，對(duì)于建筑設(shè)計(jì)師而言，這只是弱電間位置設(shè)定的因素之一，實(shí)際位置還受到建筑中其他因素的影響。但對(duì)于電氣設(shè)計(jì)師而言，如果采用這樣的布局和半徑，將意味著他們的后續(xù)設(shè)計(jì)工作量大大下降，最起碼不會(huì)再遇到令人頭疼的超長(zhǎng)線路處理問題。

1.3.2. 弱電間的安裝環(huán)境

在工業(yè)廠房中，弱電間的安裝位置和安裝高度隨環(huán)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(tái)上;有些可能不得不安裝在辦公區(qū)的一角，有些卻可能位于走廊的邊上。

對(duì)于新建廠房，弱電間的布局相對(duì)容易，因?yàn)榭梢越?jīng)過(guò)

位于平臺(tái)上的弱電機(jī)柜

統(tǒng)籌安排后在圖紙上標(biāo)定，與廠房的建設(shè)同步完成。如果是在已經(jīng)建成的廠房中添加弱電間/弱電機(jī)柜，則難度相對(duì)比較高，場(chǎng)地也比較難選擇。這時(shí)，一般需要注意以下問題：

▲配線子系統(tǒng)的纜線長(zhǎng)度控制在90米之內(nèi)。

▲盡量設(shè)立獨(dú)立的、IT專管的弱電機(jī)房。

▲宜選用落地式機(jī)柜，并在機(jī)柜四邊留下設(shè)備安裝和維護(hù)空間。

▲弱電間/配線機(jī)柜周圍不應(yīng)有異常的氣味，以免設(shè)備受損或維護(hù)人員難以工作。

▲當(dāng)弱電間與其他部門合用時(shí)，設(shè)法將弱電機(jī)柜周邊的空間隔離出來(lái)，使這塊空間變?yōu)镮T獨(dú)用。

▲當(dāng)配線機(jī)柜不得不安裝在公用區(qū)域或借用其他部門的空間時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)機(jī)柜殼體的強(qiáng)度，封閉機(jī)柜對(duì)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(jī)柜電源能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷供電。總之，要使得機(jī)柜內(nèi)的布線系統(tǒng)和和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不會(huì)因外部原因而停止工作，導(dǎo)致所轄區(qū)域內(nèi)的信息傳輸中斷。

▲對(duì)于無(wú)法上鎖的弱電間或公用區(qū)域，應(yīng)經(jīng)常檢查，一旦遇到機(jī)柜破損、漏水或纜線/設(shè)備被“埋入”其他部門的資料或貨品之中時(shí)，需與合用部門商量，盡快清理整齊，以免今后維護(hù)時(shí)帶來(lái)不必要的麻煩。

1.3.3. 信息點(diǎn)分布

工業(yè)建筑中的信息點(diǎn)一般相當(dāng)分散，使得每個(gè)電信間僅僅管理少量的信息點(diǎn)，甚至有時(shí)只管理2～3個(gè)信息點(diǎn)，導(dǎo)致主干光纜與水平雙絞線之間的比例失衡，引起單位造價(jià)較高，所以工業(yè)建筑中一般不能使用常規(guī)的均價(jià)數(shù)值估算總價(jià)。

其實(shí)，在工業(yè)企業(yè)中，綜合布線系統(tǒng)的造價(jià)與工業(yè)設(shè)備相比是九牛一毛，而讓設(shè)備能夠準(zhǔn)確、可靠的聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)入工業(yè)控制系統(tǒng)的全自動(dòng)管理范疇、成制造業(yè)信息管理系統(tǒng)的基層平臺(tái)，而且穩(wěn)定、可靠、易維護(hù)，成為IT系統(tǒng)中壓倒一切的中心工作。從這個(gè)角度看，即使信息點(diǎn)的十分分散，每個(gè)信息點(diǎn)的單位造價(jià)遠(yuǎn)高于辦公樓，也是值得的。

1.3.4. 建筑群子系統(tǒng) 工業(yè)建筑通常是指廠房和工業(yè)園區(qū)。在各種各樣的現(xiàn)代化工業(yè)建筑中，至少包含三部分建筑：生產(chǎn)車間、倉(cāng)庫(kù)、辦公區(qū)域和控制中心/監(jiān)控中心。其中，生產(chǎn)車間及輔助建筑是工業(yè)建筑中的主體，而辦公區(qū)域和控制中心/監(jiān)控中心則與辦公建筑和數(shù)據(jù)中心中的監(jiān)控中心基本一致。所以，工業(yè)建筑的綜合布線解決方案將圍繞著生產(chǎn)車間、倉(cāng)庫(kù)和工業(yè)園區(qū)展開。

強(qiáng)弱電合用的地下管廊

各建筑物之間的綜合布線主干纜線通常會(huì)采用地下管網(wǎng)、地下管廊、共用地下層等方式敷設(shè)，現(xiàn)在纜線直埋或架空方式已經(jīng)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(huì)收到比較大的拉力，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意主干纜線的抗拉強(qiáng)度是否符合該項(xiàng)目的企業(yè)規(guī)范。有些外企在中國(guó)的項(xiàng)目對(duì)光纜的抗拉強(qiáng)度要求達(dá)到9000N，這時(shí)就應(yīng)該選擇與之相適應(yīng)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(huì)因施工難度比較大，導(dǎo)致施工后很少會(huì)更換主干纜線，所以在選擇建筑群主干纜線時(shí)應(yīng)充分考慮到未來(lái)若干年后可能產(chǎn)生的需求。例如，對(duì)于主干光纜，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)大多采用單模零水峰光纜，以便今后無(wú)縫升級(jí)到40G或100G以太網(wǎng)。如果采用的是萬(wàn)兆單模光纜，即使傳輸距離能夠滿足，還需備足纖芯數(shù)(每路40G需8芯、每路100G需20芯)，否則今后仍然無(wú)法升級(jí)到40G和100G以太網(wǎng)。

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