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1.2. 工業(yè)環(huán)境的應用需求

為了便于管理、提高生產效率，工廠企業(yè)已經(jīng)開始采用MRP/ERP等制造業(yè)管理系統(tǒng)進行現(xiàn)代化的管理，采用工業(yè)控制系統(tǒng)實時監(jiān)視和控制生產設備。在這樣的生產車間和倉庫中，都會有大量的計算機終端設備、工控設備(如：帶網(wǎng)絡接口的PLC可編程控制器等等)或生產設備的網(wǎng)絡接口，這些設備的聯(lián)網(wǎng)可以使用傳統(tǒng)的RS485網(wǎng)絡，而更多的是采用以太網(wǎng)(有些工控系統(tǒng)網(wǎng)絡提高效率，還會在以太網(wǎng)上疊加軟件令牌協(xié)議)。這時就需要綜合布線系統(tǒng)遍布整個車間、連接到各個倉庫和辦公室，形成覆蓋整個工業(yè)企業(yè)的綜合布線系統(tǒng)。

1.2.1. 高速的有線網(wǎng)絡遍布廠區(qū)

穩(wěn)定、不易斷線、可監(jiān)控的有線網(wǎng)絡系統(tǒng)依然是廠區(qū)計算機網(wǎng)絡的主體，它們承載了絕大多數(shù)網(wǎng)絡(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)，甚至是無線局域網(wǎng)的AP設備也都依靠有線網(wǎng)絡為其提供信息和供電。

車間內的綜合布線橋架

一個廠區(qū)往往是辦公室、會議室、生產線、測試間、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。

在辦公室、會議室、車間辦公區(qū)等辦公環(huán)境中，一般參照辦公建筑進行信息點的布局和安排數(shù)量，在車間里，則根據(jù)設備和AP點的實際位置布置信息點(雙點，一用一備)，并在一些未來可能會需要信息點的地方設置備用信息點。

在廠區(qū)中，一般會設有總控中心(或幾個廠區(qū)共設一個總控中心)，所以信息系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡需要做到穩(wěn)固、可靠、高速，以確保信息傳輸暢通無阻，并能夠實現(xiàn)全廠區(qū)的實時信息備份。

1.2.2. 無形的無線局域網(wǎng)覆蓋

在工業(yè)建筑中，有兩種情況需要采用無線網(wǎng)絡：

▲設備安裝時有線網(wǎng)絡系統(tǒng)尚未到位、而設備調試有需要網(wǎng)絡支持時

從廣義上看，由于車間內的設備安裝隨時隨地可能增添和移位，所以車間內應進行無線覆蓋，以彌補有線網(wǎng)絡不能隨意移動而造成的短期信息點無法到位的問題。而一旦設備安裝完畢，有線網(wǎng)絡往往也已經(jīng)同步開通，這時無線網(wǎng)絡將退出正式生產。

▲在無人倉庫中，無線網(wǎng)絡成為倉庫內“機器人”的信息傳輸主體

 隨著倉庫越來越大，倉庫將越來越高，對管理的效率也越來越關注，這時如果再采用常規(guī)的電腦查詢報表，任何人工去貨架上取貨已經(jīng)成為不現(xiàn)實的事情。所以現(xiàn)在流行的高架倉庫管理已經(jīng)走向自動化，使用機器人或堆垛機精確到位，以提高工作效率。由于設備的移動已不可能自帶常規(guī)的有線傳輸纜線，無線覆蓋就成為高架倉庫中的信息傳輸?shù)氖走x。

無線覆蓋對應于無線局域網(wǎng)，它的核心設備是按一定規(guī)律分布在各處的AP接入設備，這些AP設備需要使用水平雙絞線接到網(wǎng)絡交換機，并從交換機中得到信息流和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備(電源變換器)對于維護而言是不利的，而借助于雙絞線傳輸?shù)腜OE電源則因減少了現(xiàn)場的電源而大大簡化了后期的維護成本。

正在建造中的高架倉庫

由于一臺無線AP覆蓋了一個區(qū)域，所以當某臺AP的信息傳輸中斷時，會導致這一區(qū)域內的無線傳輸全部中斷。如果確認是AP設備故障，一般換一臺AP就可以恢復;如果是對應的網(wǎng)絡交換機端口發(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，在往往修復需要時日，對此綜合布線系統(tǒng)一般會為每臺AP設2個數(shù)據(jù)點(一用一備)，使萬一有一根線發(fā)生故障時可以立即使用跳線切換到另一根雙絞線上，使無線AP保持正常工作后，在查找和修復布線系統(tǒng)中的故障。

當使用無線局域網(wǎng)時需認真考慮因AP的無線敷設而引起得信息泄密問題，當確認在任何情況下都不會有重要的企業(yè)內部信息可能通過無線電波泄密時方可使用。

1.2.3. 工業(yè)環(huán)境中的實時性

現(xiàn)代化大生產已經(jīng)越來越多地依靠自動化設備、工業(yè)控制系統(tǒng)和制造業(yè)信息管理系統(tǒng)，即使在中國勞動密集型企業(yè)也將會越來越少。這時的設備運行和企業(yè)管理都離不開高速計算機網(wǎng)絡好工業(yè)控制系統(tǒng)所提供的信息，如果信息不能按時傳輸?shù)街付ǖ慕K端，輕則生產停頓，重則機毀人亡。所以工業(yè)計算機網(wǎng)絡向來強調信息的實時性，而諸如軟件令牌、網(wǎng)絡輕載等等手段都是工業(yè)計算機網(wǎng)絡中經(jīng)常比采用以實現(xiàn)信息實時性的手段。

盡管工業(yè)控制系統(tǒng)向來不是以高速信息流為特色，但對于綜合布線系統(tǒng)的設計人員而言，實時性意味著網(wǎng)絡系統(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)絡輕載(如：20%的網(wǎng)絡流量)作為產品選擇和系統(tǒng)設計的依據(jù)。簡單而又略帶夸張地描述為：對于有實時性要求的工業(yè)計算機網(wǎng)絡而言，100Mbps需要千兆等級的傳輸系統(tǒng)，1Gbps則需要采用萬兆等級的傳輸系統(tǒng)，這時對應的綜合布線系統(tǒng)也需要選用相應的傳輸?shù)燃墶?/p>

1.3. 場地分析

場地是指綜合布線系統(tǒng)實際安裝的空間，由于各種場地條件的限制，使布線系統(tǒng)的應用變得多姿多彩，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)的長度限制，每個弱電間距離最遠的信息點之間的纜線長度不超過90米(另加10米的跳線形成常規(guī)所說的100米信道長度)。眾所周知，由于網(wǎng)絡設備的信號強度與纜線的長度有直接的關系，所以弱電間的位置直接關系到纜線的合理分配，而極限情況下則關系到應用系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定工作(如：網(wǎng)絡系統(tǒng)在雙絞線長度超過100米時可能會出現(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已經(jīng)很高(如：德特威勒的水平雙絞線具有一次成型、應力平衡和緊護套等等優(yōu)異性能)，但由于影響網(wǎng)絡傳輸距離的關鍵指標：時延等等參數(shù)不隨產品質量而定，所以無論是多么好的水平雙絞線信道都不能超過100米，鏈路長度不超過90米。

在辦公建筑中，從弱電間到辦公室信息點之間往往經(jīng)過走廊，所以纜線的路由是確定的，設計時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，這時就帶來了管理半徑的概念。

在工業(yè)建筑中，弱電間和信息點往往都距地面不遠(如：弱電間的機柜落在地面上、信息點距地面300mm)，如果這時的橋架距地面8米高、機柜預留5.5米、墻面面板預留0.5米，則實際水平面上的纜線長度只有90-8x2-5.5-0.5=68(米)，也就是說，如果允許纜線從弱電間向各信息點呈真正的星型布線，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。當建筑物中的橋架呈橫平豎直布局時，也就是說橋架沿著水平和垂直兩個方向展開時，而且一個廠房的面積很大(如：數(shù)萬平米)，就需要考慮弱電間的合理布局，希望能在纜線不超長的前提下，盡量減少弱電間的數(shù)量。

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

圖1中是一個配線架的管理區(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，而從橋架到個信息點之間則采用電線管水平(或垂直)敷設的方式，所以在弱電間的水平方向和垂直方向上，信息點距弱電間的距離最遠，而水平和垂直之間的四個象限內的信息點，則因為纜線先沿橋架敷設，然后轉入電線管所造成的直角轉彎而造成纜線距弱電間的距離縮短(事實上，纜線的極限長度并沒有變化)。

當一個大廠房中需要設置多個弱電間時，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。因為水平雙絞線的極限長度為90米，而雙絞線鏈路中通常會在圖紙平面長度的基礎上增加22米的工程計算值(假定工業(yè)廠房內的橋架到地面的高度為8米、機柜預留長度為5.5米和面板預留長度為0.5米等等)。所以，雙絞線的實際平面長度只能是在68米之內。

從圖2可以看出，從弱電間到上、下、左、右四個方向的橋架方向可以達到68米的極限長度，而在這4條線上，一般很少會有信息點。大量的信息點集中在以弱電間為圓心、68米為半徑的圓內。這樣一來，要想確保雙絞線的長度不會超長，弱電間之間的距離應該采用以下數(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度斜角方向上設弱電間，弱電間之間的間距為68米*1.4=96米。

當弱電間采用這樣的布局時，它們所構成的68米有效圓之間會有一些交叉，但任何區(qū)域中的信息點長度都不會出現(xiàn)超長的現(xiàn)象。

實際上，弱電間之間采用正六邊型的蜂窩狀布局時管理面積比較大(參見圖3)，但由于計算比較復雜(等邊三角型中心計算)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)廠房內，也可以簡化后用于對普通辦公建筑物的弱電間布局考慮，如：

▲對于一個只有一條走廊，而且以弱電間為直角點，邊長為78米(層高為4米時)的45度直角三角形能夠覆蓋時，弱電間應該設在走廊的中部;

▲對于一個走廊長度超過75米的建筑而言，弱電間的位置不宜在兩端，可以分別設在以弱電間為直角點，邊長為75米的45度直角三角形能夠全部覆蓋的各個位置上。

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

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。

對于新建廠房，弱電間的布局相對容易，因為可以經(jīng)過

位于平臺上的弱電機柜

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

▲配線子系統(tǒng)的纜線長度控制在90米之內。

▲盡量設立獨立的、IT專管的弱電機房。

▲宜選用落地式機柜，并在機柜四邊留下設備安裝和維護空間。

▲弱電間/配線機柜周圍不應有異常的氣味，以免設備受損或維護人員難以工作。

▲當弱電間與其他部門合用時，設法將弱電機柜周邊的空間隔離出來，使這塊空間變?yōu)镮T獨用。

▲當配線機柜不得不安裝在公用區(qū)域或借用其他部門的空間時，應加強對機柜殼體的強度，封閉機柜對外的孔洞(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，確保機柜電源能夠實現(xiàn)不間斷供電。總之，要使得機柜內的布線系統(tǒng)和和網(wǎng)絡設備不會因外部原因而停止工作，導致所轄區(qū)域內的信息傳輸中斷。

▲對于無法上鎖的弱電間或公用區(qū)域，應經(jīng)常檢查，一旦遇到機柜破損、漏水或纜線/設備被“埋入”其他部門的資料或貨品之中時，需與合用部門商量，盡快清理整齊，以免今后維護時帶來不必要的麻煩。

1.3.3. 信息點分布

工業(yè)建筑中的信息點一般相當分散，使得每個電信間僅僅管理少量的信息點，甚至有時只管理2～3個信息點，導致主干光纜與水平雙絞線之間的比例失衡，引起單位造價較高，所以工業(yè)建筑中一般不能使用常規(guī)的均價數(shù)值估算總價。

其實，在工業(yè)企業(yè)中，綜合布線系統(tǒng)的造價與工業(yè)設備相比是九牛一毛，而讓設備能夠準確、可靠的聯(lián)網(wǎng)，進入工業(yè)控制系統(tǒng)的全自動管理范疇、成制造業(yè)信息管理系統(tǒng)的基層平臺，而且穩(wěn)定、可靠、易維護，成為IT系統(tǒng)中壓倒一切的中心工作。從這個角度看，即使信息點的十分分散，每個信息點的單位造價遠高于辦公樓，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：生產車間、倉庫、辦公區(qū)域和控制中心/監(jiān)控中心。其中，生產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車間、倉庫和工業(yè)園區(qū)展開。

強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采用地下管網(wǎng)、地下管廊、共用地下層等方式敷設，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收到比較大的拉力，所以設計時應特別注意主干纜線的抗拉強度是否符合該項目的企業(yè)規(guī)范。有些外企在中國的項目對光纜的抗拉強度要求達到9000N，這時就應該選擇與之相適應的光纜，而不是僅僅確定其中的纖芯。

建筑群主干纜線一般會因施工難度比較大，導致施工后很少會更換主干纜線，所以在選擇建筑群主干纜線時應充分考慮到未來若干年后可能產生的需求。例如，對于主干光纜，現(xiàn)在的設計大多采用單模零水峰光纜，以便今后無縫升級到40G或100G以太網(wǎng)。如果采用的是萬兆單模光纜，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)，否則今后仍然無法升級到40G和100G以太網(wǎng)。

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