工廠如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化布線？｜干貨分享

如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化布線？｜干貨分享

在工廠中，與傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)方式相比，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的優(yōu)勢與日俱增。

傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)，其中許多是專有的，并且通?；谑褂寐萁z端子連接的點(diǎn)對點(diǎn)布線，已經(jīng)被無處不在的以太網(wǎng)和IP技術(shù)所取代了。這種轉(zhuǎn)變引發(fā)了工廠車間數(shù)字設(shè)備的爆炸式增長，并增加了對高度結(jié)構(gòu)化、基于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施所提供的更高性能、帶寬和可靠性的需求。

更多的設(shè)備意味著更多的數(shù)據(jù)在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中以更高的速率傳輸。工業(yè)數(shù)據(jù)速率已從千比特/秒上升到兆比特/秒，在一些車間應(yīng)用中甚至達(dá)到千兆位/秒。為了有效地以這些速率運(yùn)行，確保工廠正常運(yùn)行時(shí)間并降低成本，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)需要一個(gè)精心設(shè)計(jì)和經(jīng)過驗(yàn)證的布線結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)還能夠隨著未來的發(fā)展而不斷發(fā)展。工業(yè)數(shù)據(jù)速率最終將達(dá)到并有可能超過IT領(lǐng)域已經(jīng)常見的每秒10吉比特的水平。與此同時(shí)，工業(yè)流程和機(jī)器正在變得更加智能，采用先進(jìn)的儀器儀表、傳感器和無線技術(shù)。

由于所有這些原因以及更多原因，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)正在取代通常隨意且臨時(shí)的點(diǎn)對點(diǎn)方法。在結(jié)構(gòu)化方案中，布線系統(tǒng)化地布置，并設(shè)法滿足當(dāng)今和未來的所有工業(yè)通信需求，包括語音、數(shù)據(jù)和視頻。

要獲得結(jié)構(gòu)化布線的全部優(yōu)勢，需要采用同樣系統(tǒng)的方法來概念化、指定、安裝、測試和維護(hù)全廠網(wǎng)絡(luò)。

結(jié)構(gòu)化布線的定義

結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)包括設(shè)施中的五個(gè)子系統(tǒng):

每個(gè)子系統(tǒng)區(qū)域中的布線都遵循定義的形式，通常由設(shè)備線（設(shè)備端的跳線）、永久鏈接（固定的實(shí)心導(dǎo)體布線）和工作區(qū)線（即連接到工作站的跳線）組成。這種布置稱為通道。允許在通道中進(jìn)行其他具有附加連接的配置。

永久鏈接是任何結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的關(guān)鍵特征。例如，它從電信機(jī)房(TR)運(yùn)行到分配點(diǎn)（例如插座或配線架）。該永久鏈接允許對從機(jī)器到更高級別網(wǎng)絡(luò)的上行鏈路進(jìn)行測試，幫助確保連接和機(jī)器都能按需運(yùn)行。同樣，在連接多個(gè)進(jìn)程的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)構(gòu)化的布線配置允許對每個(gè)鏈路進(jìn)行測試。

將此方法與點(diǎn)對點(diǎn)布線系統(tǒng)方法進(jìn)行對比，后者很少涉及測試。相反，當(dāng)工廠人員需要添加另一臺機(jī)器或延長電纜的范圍時(shí)，可以簡單地使用跳線并將其插入開關(guān)面板。事實(shí)上，一些經(jīng)驗(yàn)豐富的控制工程師習(xí)慣于通過剝?nèi)ル娋€上的護(hù)套，并在兩端連接一個(gè)連接器來創(chuàng)建自己的跳線。這些跳線的末端是插頭，而不是插孔。

對于較短的跳線長度，這種點(diǎn)對點(diǎn)的做法可能就足夠了。但如果跳線長度達(dá)到80或90米，這種“延長線”方法可能無法提供充分的性能。原因是：與結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)中使用的固體導(dǎo)體電纜相比，在點(diǎn)對點(diǎn)布線方法中普遍使用的雙絞線電纜具有更低的導(dǎo)電性，因此插入損耗更高。

在整個(gè)工廠中，點(diǎn)對點(diǎn)連接可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)蔓延。在成百上千的非結(jié)構(gòu)化的、非標(biāo)準(zhǔn)的和未識別的連接的包圍下，自動化和IT人員可能會忘記什么與什么連接。

IT團(tuán)隊(duì)和自動化人員之間的協(xié)作是任何結(jié)構(gòu)化布線項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。IT人員非常熟悉企業(yè)級的結(jié)構(gòu)化布線，而自動化人員最了解機(jī)器周圍的工廠環(huán)境。

但合作并不止于此。維護(hù)和運(yùn)營人員以及外部專家可以在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施和平穩(wěn)運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。

遵循以下步驟來實(shí)施和維護(hù)最佳的結(jié)構(gòu)化布線基礎(chǔ)設(shè)施:

1. 自學(xué)。熟悉電信行業(yè)協(xié)會(TIA)、IEC和ODVA等組織制定的標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐，這些組織提供有關(guān)機(jī)器級以太網(wǎng)/IP最佳實(shí)踐的信息。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中關(guān)鍵光纖和銅纜連接的常見最佳實(shí)踐包括:

標(biāo)準(zhǔn)組織還建立了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行因素的參數(shù)，例如錯誤率性能。如果錯誤率開始變得過高，就會減慢網(wǎng)絡(luò)速度，并可能導(dǎo)致鏈路故障。

充分利用公司的結(jié)構(gòu)化布線設(shè)計(jì)指南，例如Rockwell自動化、Panduit和Cisco的光纖應(yīng)用指南。這些指南詳細(xì)說明了如何為光纖和銅纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部署結(jié)構(gòu)化布線。還提供研討會和其他類型的結(jié)構(gòu)化布線培訓(xùn)。

2. 建立目標(biāo)。評估當(dāng)下需求，同時(shí)牢記未來。5年或10年后業(yè)務(wù)會發(fā)展到什么程度?如果想要達(dá)到每秒千兆位的設(shè)備數(shù)據(jù)速率，結(jié)構(gòu)化布線可以提供最佳支持，并且可以進(jìn)行測試以驗(yàn)證是否滿足所需的性能水平。

通過結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)工廠變得更具可擴(kuò)展性，特別是如果其在初始安裝時(shí)投資30%到40%的備用電纜。

3. 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)施并制定規(guī)范。許多基于標(biāo)準(zhǔn)的工具可幫助設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化布線網(wǎng)絡(luò)，包括Visio和CAD。此外，許多經(jīng)驗(yàn)豐富的第三方合格專家可以幫助工廠執(zhí)行流程中的這一關(guān)鍵步驟。

制定規(guī)范文件，以建立結(jié)構(gòu)化布線標(biāo)準(zhǔn)，以及特定操作所需的材料。健全的規(guī)范將簡化其余過程，包括安裝、測試、操作和維護(hù)。

規(guī)范將涵蓋如何實(shí)施工廠網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)可靠性、安全性和物理方面的考慮。其中包括布線本身的完整性，因?yàn)椴缓细竦牟季€可能會帶來嚴(yán)重后果。

IT和自動化人員應(yīng)就規(guī)范文檔進(jìn)行協(xié)作，以在整個(gè)設(shè)施中推動最佳實(shí)踐。規(guī)范通常詳細(xì)說明如何實(shí)施結(jié)構(gòu)化布線以將企業(yè)級連接到配電區(qū)域，以及如何將布線引入流程和單個(gè)機(jī)器。

該文檔還允許指定所需帶寬性能的標(biāo)準(zhǔn)，因此可以保持當(dāng)前的一致性并為未來做好準(zhǔn)備。還可以指定定位測試補(bǔ)丁點(diǎn)的關(guān)鍵位置以及測試要求。

保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受環(huán)境影響是許多工廠的另一個(gè)關(guān)鍵考慮因素。如果存在電磁干擾(EMI)風(fēng)險(xiǎn)，那么可能需要屏蔽電纜或?qū)Ч?。TIA和IEC已經(jīng)制定了與環(huán)境評估相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，來幫助完成這一過程。

可能還需要制定物理識別策略，例如使用顏色編碼的電纜和插孔，以及標(biāo)記端口。此類策略將有助于降低安裝風(fēng)險(xiǎn)，并且在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，因?yàn)槿藛T將能夠清楚地了解各種布線應(yīng)連接的位置。

規(guī)范還應(yīng)包括任何必要的安全策略，包括可鎖定的外殼、端口封鎖和插頭鎖定，以限制訪問并幫助防止未經(jīng)授權(quán)的連接或拆除跳線。

4. 安裝。由于安裝過程中包含許多細(xì)節(jié)，因此這是最有可能出錯的步驟。例如，想要支持每秒千兆位通信的工廠可以購買正確的6類布線，但必須正確安裝才能提供該速率。

確保安裝人員了解結(jié)構(gòu)化布線的復(fù)雜性，諸如彎曲半徑和電纜扭曲、布線以及保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受噪聲源影響等詳細(xì)信息。可以利用第三方認(rèn)證的安裝人員，或者通過參加可用的培訓(xùn)課程來確保自己的安裝人員具備必要的專業(yè)知識。

市場上也有集成的標(biāo)準(zhǔn)化安裝工具和產(chǎn)品，有助于減少所需的培訓(xùn)和專業(yè)知識。一個(gè)例子是使用所有最佳接線和布線實(shí)踐進(jìn)行預(yù)接線的機(jī)柜。

保持設(shè)備整潔。布線長距離和短距離電纜時(shí)，應(yīng)將電纜捆扎。這樣，可以輕松地對系統(tǒng)進(jìn)行故障排除，進(jìn)行必要的更改以適應(yīng)生產(chǎn)需求，并對系統(tǒng)進(jìn)行長期維護(hù)。確保使用基于標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽方案。

5. 測試。這正是基于標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化布線網(wǎng)絡(luò)真正發(fā)揮作用的地方。市場上有現(xiàn)成的測試設(shè)備，可幫助確保所獲得的性能，并且可以在未來很好地依靠。

如果不進(jìn)行測試，將面臨啟動延遲、停機(jī)、回調(diào)制造商以及其他一系列代價(jià)高昂的巨大麻煩的風(fēng)險(xiǎn)。

但是，有了成功的測試結(jié)果來衡量性能基準(zhǔn)，可以利用定期關(guān)閉或升級機(jī)會來重新測試和驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)——自動化系統(tǒng)的支柱。

6. 操作和維護(hù)。雖然結(jié)構(gòu)化布線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和安裝通常由專業(yè)團(tuán)隊(duì)（通常是第三方）進(jìn)行，但該系統(tǒng)最終由工業(yè)自動化用戶負(fù)責(zé)。

為了避免系統(tǒng)的后續(xù)降級，必須繼續(xù)利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能和最佳實(shí)踐，否則就有失去對其控制的風(fēng)險(xiǎn)。

一個(gè)常見的問題是傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)做法的回歸。工廠車間的某個(gè)人可能會決定插入新電源線來解決問題或滿足臨時(shí)需求。但如果沒有正確捆綁或無法識別連接，可能會出現(xiàn)更多問題。最終，可能會留下多余的布線，因?yàn)楣ぷ魅藛T使用了更長的跳線，而本應(yīng)使用更短的跳線。

然后，有人可能會進(jìn)入并解鎖端口，但忘記將其封鎖。最終留下一個(gè)潛在的系統(tǒng)訪問點(diǎn)。

通過明確制定并嚴(yán)格執(zhí)行結(jié)構(gòu)化布線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營和維護(hù)政策，可以避免這種拼湊問題。工廠還可以在運(yùn)營階段使用監(jiān)控工具，以檢測網(wǎng)絡(luò)流量和物理基礎(chǔ)設(shè)施的問題，例如交換機(jī)和服務(wù)器的狀況，以及環(huán)境和安全控制。

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