恶劣环境下以太网电缆应有的特点[转帖]

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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。您是否以为接待前台所采用的电缆也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，COTS（市场流行的）5e类非屏蔽双绞线（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／射频干扰外。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？下面我们就以Belden CDT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恶劣环境下以太网电缆应该具备哪些特点。
什么样的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初的重要影响因素，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一定影响，而同时因磨损、剪断和碾压等机械力、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为以太网构成了一个恶劣的工业环境。
恶劣因素的影响分析
在此针对各种因素对电缆的影响进行一一分析，从而在施工中或安装后有针对性地注意，尽最大力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。商业标准规定最大拉抻力为25 lbs。拉抻前，电缆为100英尺，拉抻后，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。电缆的拉长会造成过多的信号损失（衰减）和信号延迟。这些效应将限制电缆可能敷设的距离。当搬运电缆时，双绞线可能会散开，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。Belden CDT的获专利的粘连线对技术可以防止线对的开散，保证了电缆的设计性能。每一线对的绝缘导体都沿整条电缆物理地粘连在一起。无论您如何搬运，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。只有Belden CDT电缆具有此种安装型性能TM（Installable PerformanceTM），才能确保控制网络具有最大的坚韧性，因而具有安装型性能是以太网电缆的先决条件。
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。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%。 目前，Belden CDT提供有一种DataTwist电缆，增强了高温抗衰减性能。另一方面，您可以敷设较短的电缆，或希望信号足够强，以致于在受到电磁／射频干扰时也能够被无误接收。但糟糕的是，如前所述，电缆的余量高度和固有的抗扰度可能已经在安装时受到损害。只有Belden CDT的获得专利的粘连线对技术能够防止由安装拉抻所造成的改变，即使考虑到更多情况（如环境温度上升）也可保证所许诺的性能。因而以太网电缆必须具有坚韧性，具有极强的抗高低温的特质。
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（即，分开）开始降低，缩短了电缆的使用寿命。Belden CDT的DataTwist产品提供了防阳光照射（SUN RES）的电缆护套，确保它们能够在实际应用中经久耐用，抗紫外线是以太网电缆的又一必要条件。
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的运行。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，Belden CDT的DataTwist电缆提供了各种防油护套。毫无疑问，耐油性是以太网电缆满足实际生产的不可或缺的条件。
机械力--磨损、剪断和碾压
　　您是否有过工作环境与您处处作对的经历？但如果您也和电缆处处作对，比如偏偏要在电缆上行走，则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。普通商用电缆甚至没有幸免的可能。DataTwist电缆都具有工业级的电缆护套，其中有些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。如果您想获得最大程度的机械保护，那么，加固的DataTwist产品就是最佳的选择。采用联锁的加固铠装，粘连线对和Belden CDT的可安装性能保证了您能够拥有最坚韧的以太网电缆。
电磁、射频干扰，噪音和屏蔽
　　以上所说的问题都很明显，因为您可以看到或感觉到这些问题的发生。但您不可能轻易得知EMI／RFI何时发生和是否已给网络造成重大破坏。避开潜在的干扰源是最好的选择。第一步是，在敷设电缆时应尽量远离干扰源，如电焊机、切换继电器或直流驱动器。当您试图控制诸如电焊拟人机等类似干扰源时应该怎么办呢？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。如果您担心成本、复杂性或光缆的坚韧性等问题，则可以考虑采用屏蔽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。以太网电缆具有抗电磁／射频干扰的能力才能确保网络信息传递的畅通无阻。
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，有可能会形成接地环路。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。屏蔽上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具有优质的接地。
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。Belden CDT的DataTwist粘连线对电缆为屏蔽和非屏蔽双绞线电缆提供了最佳的机械稳定性，最大程度地减轻了恶劣环境造成的影响，同时提供了统一的安装型性能。附加的工业级塑料护套或铠装护套为电缆提供的额外保护和强度，实现了高层控制工程人员的预期设计目标。因此，您在开发您的控制系统时，您可以问一下自己：我的以太网电缆足够坚韧吗？