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(duì)點(diǎn)方式相比，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)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(duì)點(diǎn)布線，已經(jīng)被無(wú)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(chē)間數(shù)字設(shè)備的爆炸式增長(zhǎng)，并增加了對(duì)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(chē)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(guò)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(lái)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(guò)IT領(lǐng)域已經(jīng)常見(jiàn)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(wú)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(duì)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(lái)的所有工業(yè)通信需求，包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻。

要獲得結(jié)構(gòu)化布線的全部?jī)?yōu)勢(shì)，需要采用同樣系統(tǒng)的方法來(lái)概念化、指定、安裝、測(cè)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(duì)從機(jī)器到更高級(jí)別網(wǎng)絡(luò)的上行鏈路進(jìn)行測(cè)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(duì)每個(gè)鏈路進(jìn)行測(cè)試。

將此方法與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線系統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比，后者很少涉及測(cè)試。相反，當(dāng)工廠人員需要添加另一臺(tái)機(jī)器或延長(zhǎng)電纜的范圍時(shí)，可以簡(jiǎn)單地使用跳線并將其插入開(kāi)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(guò)剝?nèi)ル娋€上的護(hù)套，并在兩端連接一個(gè)連接器來(lái)創(chuàng)建自己的跳線。這些跳線的末端是插頭，而不是插孔。

對(duì)于較短的跳線長(zhǎng)度，這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的做法可能就足夠了。但如果跳線長(zhǎng)度達(dá)到80或90米，這種“延長(zhǎng)線”方法可能無(wú)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(duì)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(duì)點(diǎn)連接可能會(huì)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(shí)別的連接的包圍下，自動(dòng)化和IT人員可能會(huì)忘記什么與什么連接。

IT團(tuán)隊(duì)和自動(dòng)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(jí)的結(jié)構(gòu)化布線，而自動(dòng)化人員最了解機(jī)器周?chē)墓S環(huán)境。

但合作并不止于此。維護(hù)和運(yùn)營(yíng)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(lái)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(huì)(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(jí)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(jiàn)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(cuò)誤率性能。如果錯(cuò)誤率開(kāi)始變得過(guò)高，就會(huì)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(dòng)化、Panduit和Cisco的光纖應(yīng)用指南。這些指南詳細(xì)說(shuō)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(huì)和其他類型的結(jié)構(gòu)化布線培訓(xùn)。

2. 建立目標(biāo)。評(píng)估當(dāng)下需求，同時(shí)牢記未來(lái)。5年或10年后業(yè)務(wù)會(huì)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(cè)試以驗(yàn)證是否滿足所需的性能水平。

通過(guò)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(jiǎn)化其余過(guò)程，包括安裝、測(cè)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(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。

IT和自動(dòng)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(dòng)最佳實(shí)踐。規(guī)范通常詳細(xì)說(shuō)明如何實(shí)施結(jié)構(gòu)化布線以將企業(yè)級(jí)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(lái)做好準(zhǔn)備。還可以指定定位測(cè)試補(bǔ)丁點(diǎn)的關(guān)鍵位置以及測(cè)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(píng)估相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)幫助完成這一過(guò)程。

可能還需要制定物理識(shí)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(lái)很長(zhǎng)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(wèn)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(guò)程中包含許多細(xì)節(jié)，因此這是最有可能出錯(cuò)的步驟。例如，想要支持每秒千兆位通信的工廠可以購(gòu)買(mǎi)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(guò)參加可用的培訓(xùn)課程來(lái)確保自己的安裝人員具備必要的專業(yè)知識(shí)。

市場(chǎng)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(shí)。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(zhǎng)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(duì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期維護(hù)。確保使用基于標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽方案。

5. 測(cè)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(chǎng)上有現(xiàn)成的測(cè)試設(shè)備，可幫助確保所獲得的性能，并且可以在未來(lái)很好地依靠。

如果不進(jìn)行測(cè)試，將面臨啟動(dòng)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(cè)試結(jié)果來(lái)衡量性能基準(zhǔn)，可以利用定期關(guān)閉或升級(jí)機(jī)會(huì)來(lái)重新測(cè)試和驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)——自動(dòng)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(dòng)化用戶負(fù)責(zé)。

為了避免系統(tǒng)的后續(xù)降級(jí)，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(duì)其控制的風(fēng)險(xiǎn)。

一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)做法的回歸。工廠車(chē)間的某個(gè)人可能會(huì)決定插入新電源線來(lái)解決問(wèn)題或滿足臨時(shí)需求。但如果沒(méi)有正確捆綁或無(wú)法識(shí)別連接，可能會(huì)出現(xiàn)更多問(wèn)題。最終，可能會(huì)留下多余的布線，因?yàn)楣ぷ魅藛T使用了更長(zhǎng)的跳線，而本應(yīng)使用更短的跳線。

然后，有人可能會(huì)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(wèn)點(diǎn)。

通過(guò)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(yíng)和維護(hù)政策，可以避免這種拼湊問(wèn)題。工廠還可以在運(yùn)營(yíng)階段使用監(jiān)控工具，以檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)流量和物理基礎(chǔ)設(shè)施的問(wèn)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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