布线 必须考虑环境影响

   市场流行的5e类非屏蔽双绞线以太网电缆，以工业标准来衡
量，是十分脆弱的。除了可能受到明显的物理损害，还存在更加
隐蔽的、不可见的电磁／射频干扰。作为工业用户来讲，这样的
电缆，显然难以满足需求。
    以太网是联网世界无可争议的霸主，近些年来一直牢牢占
据着商业办公环境的领地。控制和自动化领域也正在朝着这一开
放式的、基于标准的技术发展。但是，作为工业用户来讲，您是
否认为所有普通的电缆，都可以满足工业过程控制和自动化技术
环境的苛刻要求呢？
    实际上，市场流行的5e类非屏蔽双绞线（COTS 5e UTP）
以太网电缆，以工业标准来衡量，是十分脆弱的。除了可能受到
明显的物理损害，还存在更加隐蔽的、不可见的电磁／射频干扰。
    假若要在工厂地面敷设非强化的商用级5e类非屏蔽双绞电缆，结果会如何呢？下面我们以普通电缆
为例，分别就其在安装、温度及紫外线辐射和阳光照射对线缆的影响、线缆的耐油性、机械力等各个方
面，来具体阐述在工业用恶劣环境下，以太网电缆应该具备的特点。
    什么环境为工业恶劣环境
    电缆在施工中和安装后，不论是施工时的实际影响，还是安装好后的环境影响，都可能带来较大的
破坏影响，而我们通常所指的恶劣环境究竟是什么状况呢？全面了解这种环境影响，无疑可以提高电缆的
应用性能。
    施工安装中的拉抻、搬运时线的自然分离是最基础的影响因素，在安装好后，外部环境的高温、日
光照射、紫外线辐射、电磁、射频干扰等都会对电缆性能造成影响，而同时因磨损、剪断和碾压等外界机
械力，以及接地、平衡等也会带来很大影响。这些来自于不同的人为或非人为因素，都给以太网带来了一
个恶劣的工业环境。
    恶劣因素的影响分析
    笔者在此针对各种因素对电缆的影响一一进行分析，从而提醒用户在施工中或安装后有针对性地注
意，能够尽最大可能来保证电缆的高性能。
    安装影响
    在综合布线的施工安装中，安装的正确与否是提高电缆性能的重要原因。按照国际标准，电缆被允
许具有一定的拉伸能力。拉抻前，电缆为100英尺，拉伸后，可能变成100英尺2英寸。用过大的力拉抻商用
级UTP，会拉长电缆。电缆的拉长会造成信号损失（衰减）和信号延迟。这些效应将限制电缆可能敷设的距
离。
    在铺设电缆时，电缆在搬运的过程中，可能会导致双绞线散开。这样将改变线对导线中心间的间
距，造成不平衡。这样，线对间具有更多的耦合作用（串扰）、信号回波传送（回损），更加容易受到周
围电磁／射频干扰的影响。这些因素中的任何一个都可能会引起电缆传输数据的丢失，造成工业过程中断
或安全问题。
    在目前市场上，国内很多的布线企业开始针对双绞线的散开问题，研制对策。比如国际布线厂商Be
lden CDT所引入的双绞线之间粘连线对技术，就可以防止线对的散开，保证了电缆的设计性能。
    采用粘连线技术的每一线对，都可沿整条电缆物理地粘连在一起。无论如何搬运，即使在安装时，
线对也不会被无意分开。粘连线对还增加了机械强度，除了机械稳定性外，还提高了耐拉程度。
    温度影响
    上面的问题都是由搬运电缆而引起的。那么在工业应用中遇到极端温度环境时，电缆又会出现哪些
问题呢？
    极端低温会使电缆变硬、变脆、很难使用。尤其在安装时，电缆太脆是一个很严重的问题。另一方
面，极高的温度可能会使电缆中所使用的塑料性能降级。所以，用户应根据预期的温度敷设相应的电缆。
    电缆温度额定值并不是唯一的考虑因素。在20℃以上时，每增加1℃，COTS 5e类电缆的衰减会增加
0.4%。在60℃时，衰减可能会增加16%。作为用户来讲，在这种情况下，用户也可以选择抗高温、抗衰减的
产品。另一方面，用户也可以敷设较短的电缆。
    紫外线辐射和阳光照射
    大多数商用5e类电缆不是用于户外使用的，当电缆暴露在阳光中的紫外线下时，电缆的塑料护套就
会加速分解。护套的机械强度开始降低，缩短了电缆的使用寿命。
    在这样的条件下，用户必须选择提供防阳光照射（SUN RES）电缆护套的产品，以确保这些电缆能
够在实际应用中经久耐用，抗紫外线是以太网电缆需要具备的又一必要条件。   耐油
    在实际的日常生产活动中，很多零部件都需要进行很好的润滑，以保证顺畅运行。从石油中提取的
润滑油会浸入COTS 5e类电缆中，尤其是在高温下。油会造成电缆护套膨胀，失去机械强度，使内芯暴露在
外。在这样的情况下，用户需要选择具备防油护套的产品。毫无疑问，耐油性也是以太网电缆满足实际生
产需要的、不可或缺的条件。
    机械力—磨损、剪断和碾压
    在一些特殊环境中，作为用户，可能需要在电缆上行走，这样，可能会造成数据传输错误或网络延
迟。如果在电缆上面驾驶，则可能会损坏整条电缆。普通商用电缆显然是无法满足这种需求的。
    在这样的情况下，就需要选择具备工业级电缆护套的产品，其中有些电缆具有独特的表面护套，可
以针对磨损和剪断提供额外的机械保护。
    电磁、射频干扰，噪音和屏蔽
    以上所说的问题都很明显，因为用户可以看到或感觉到这些问题的发生。但是作为用户来讲，不可
能轻易得知EMI／RFI（电磁干扰/射频干扰）何时发生和是否已给网络造成重大破坏。避开潜在的干扰源也
是最好选择。
    避开潜在的干扰源，则需要在敷设电缆时尽量远离干扰源，如电焊机、切换继电器或直流驱动器。
如果用户必须要控制诸如电焊等类似干扰源时，该怎么办呢？方法之一是使用光缆。光缆可以绝对避免电
磁／射频干扰造成的影响。
    如果担心成本、复杂性或光缆的坚韧性等问题，也可以考虑采用屏蔽5e类铜缆解决方案。即使是简
单的一层铝箔屏蔽，在正确接地时也能够提供很显著的抗电磁／射频干扰的能力。
    以太网电缆必须具有抗电磁／射频干扰的能力，才能确保在各类干扰源存在的情况下，也能保障网
络信息畅通无阻的传递。
    接地
    正确的接地是获得有效屏蔽的关键。没有接地或接地不正确可能会降低屏蔽的效果。理想的屏蔽接
地应该只有唯一的接点。当干扰信号耦合到屏蔽层上时，电流就会被导入大地，避免了屏蔽层下的线对受
到影响。
    当屏蔽的近端和远端都与地面连接时，有可能形成接地环路。近端位置与远端位置的大地电势差，
会在导电屏蔽层上形成巨大的电势差和相应电流。屏蔽流动的大地电流使屏蔽成为携带信号的线对的干扰
源，因而以太网电缆必须很好地接地。
    平衡
    高度平衡的、稳定的UTP可提供很大的抗扰性。线对的每半个纽绞可以被看作一个环形天线。另外
半个连续的纽绞在方向上都与上方导线相反。在一条平衡理想的电缆中，环形天线的交变极性，会抵消加
在线对上的干扰。
    粘连线对电缆提供了最接近于完美平衡的特性，特别是在粗暴安装和在日常使用中受到机械损害之
后。在干扰存在时，电缆的平衡性和稳定性是其在工业以太网的应用中成败的关键。
    工业标准
    开放式的标准化是以太网的一个主要优点。任何产品都可以设计成符合IEEE所规定的最低要求。以
太网最常用的电缆所遵循的现行标准是由TIA（电信行业协会）同EIA（电子行业协议）共同制定和实施
的。
    TIA/EIA 568-B描述了有关商用建筑通信布线（电缆和连接器）的相关规定。TR-42委员会负责电信
基础设施布线标准。在协调工业以太网标准在不同团体的应用中，各组织下了很大的努力。
    在欧洲，工业自动化开放网络协会（IAONA），国际电工委员会（IEC）和Cenelec（电子技术标准
欧洲委员会）正在与TIA/EIA及互相间进行沟通，旨在推出面向工业以太网的真正开放、协调的、基于标准
的工业通讯体系。
    以太网技术在控制和自动化联网方面具有速度高和规模经济的优势。以太网必须根据工业环境所面
临的实际的问题进行调整。虽然COTS电缆可以在一些工业应用中使用，但在有些应用中，COTS电缆因坚韧
性不足而不能被接受。因此，作为用户来讲，在布设自己的布线系统时，一定要问一下自己：我的以太网
电缆足够坚韧吗？