智能建筑与综合布线系统交融的实践（II）——德特威勒太仓厂区弱电系统规划中的构思

2016-04-08曾松鸣德特威勒高级技术专家

智能建筑与智慧城市 2016年3期

关键词：信息点布线仓库

文/曾松鸣德特威勒高级技术专家

智能建筑与综合布线系统交融的实践（II）
——德特威勒太仓厂区弱电系统规划中的构思

文/曾松鸣德特威勒高级技术专家

7 可视对讲系统

德特威勒太仓厂区共有两个出入口，分别是南大门和东大门。其中南大门是主厂门，设有门卫室进行24小时不间断的人工管理。而东大门则仅在工作时间有保安值守，没有24小时的人工管理。

在规划时，需要考虑到万一的情况。对于东大门而言，万一的现象是在非工作时间或保安人员不在东大门旁时，有可能外来车辆会开到东大门，并希望能够进入厂区。为此，规划中为东大门设置了可视对讲系统。

可视对讲系统是智能小区中广泛应用，而且被事实证明是智能小区各智能子系统中最受欢迎的子系统。当可视对讲系统的门口机安装在东大门时，东大门外的人员可以按下对讲按钮，与厂区内人员进行通话，提出自己的需求。

考虑到应用的可能性，除了在东大门安装可视门口机外，在门卫、前台和仓库中都安装有可视管理机/可视室内机，以便保安、前台和仓库管理人员看到对方的面容、车型、车牌，也可以与对方通话，必要时可以远程打开东大门让车辆进入厂区。至于怎样管理，则取决于公司最终制定的操作流程，在智能子系统内是确保这一功能与实现，而不去干预这一功能是否真正使用。

8 公共广播系统/应急广播系统

德特威勒太仓厂区主要分办公区、生产车间和仓库等几个部分，总面积约为27000m2，这就意味着在厂区内应有一套公共广播系统以承担日常的广播功能，并在紧急情况下转变成为应急广播系统，用于疏散和抢救。

公共广播系统/应急广播系统的功能和设计并不复杂，在本项目中也没有超出常理的需求，所以仅仅只是简单地提出以下规划要求。

图24 壁挂式扬声器

1）利用数字网络系统，减少广播线的长度

由于厂房的面积达到数万平方米，所以在厂区内可以借助于数字网络系统，采用以太网作为广播系统的传输平台，形成一套音源和安装在各个弱电间中的数字式功率放大器，配以有线和无线话筒形成全套数字广播系统。这一系统可以将通往扬声器的广播线长度降至数十米或100多米的长度，以便在扬声器满功率（壁挂式扬声器的功率可达10W，电压为110～120V）时使广播线的直径降至最低，以求广播系统的经费不至于消耗的缆线上。

对于厂区而言，广播系统的音质并不需要达到高保真效果，所以数字式广播系统的音质已经足以满足需求。

当采用数字式广播系统时，广播系统主机与位于各个弱电间之间的数字式功放之间采用光纤传输，在进入弱电间后转换为铜缆跳线（设备缆线）接入设备的RJ45接口中。

2）各广播分区的扬声器种类依据惯例

★办公区的扬声器可以采用吸顶式扬声器，在上班前、休息时间播放轻音乐；

★车间和仓库的扬声器采用壁挂式扬声器，在正常情况下可以广播通知等重要信息。

★设置专门的分区

公共广播系统可以作为某些会议场所的扩音设备使用，一举两得，使得会议场所的环境更为简洁。在德特威勒的厂区内，餐厅可能会作为容纳数百人的大会议室使用、演示中心的会议/培训室也需配套相应的扩声设备。所以，针对这两个分区，都需要配套相应的有线、无线话筒，并将其设置成独立的广播分区。

★配备话筒

厂区的特点是车间主任、运营总监、总经理都可能会对车间或仓库的某一分区进行临时性广播讲话。故此，需在部分领导办公室、前台和门卫室设置广播系统用的话筒。

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图25 吸顶式扬声器及投影机

9 面向工业4.0的综合布线考虑

对于制造工厂而言，智能系统的应用离不开制造和管理。同样，企业与人的不同诉求如果能够使用智能系统予以满足，那相当于用钱买满意、花小钱解决大问题。基于德特威勒（太仓）厂区而言，目前已经需要规划和能够看到未来会出现的制造现代化需求至少会包含以下内容。

1）规划时已有或可预见

在智能系统规划时，对原上海工厂和原苏州工厂都进行了调研，从中汇总出已有的现代化功能和已经提出、未来将会实现的现代化功能。

★工业实时控制系统（含检测、控制、显示等多个组成部分）；

★制造设备的电脑联网管理

★立体仓库（含条形码、二维码扫描）；

★电子工单（管理人员每天向第一线工人发出的工单）；

★在线操作指导和维修指导（文字、图片或视频）；

★清晰的有线电话和移动的无线电话；

★立体的网络环境且可以随时进行无缝切换。

2）未考虑到的工业4.0

工业4.0离不开信息传输，只要在车间和仓库内均布高速信息传输所需要的综合布线系统信息点和电源插座，无论今后可能会上什么样的系统，都能够就近接入并联网。

故此，在德特威勒太仓厂区走向现代化、智能化的进程中，车间和仓库（除办公区外）需要考虑以下的问题。

3）制造车间

德特威勒的综合布线产品生产线属于技术密集型的全自动生产线，每个班次仅有少量生产线工人上班即可，车间内配有实时工业控制系统，为设备、为工人、为管理者提供实时的生产信息。尽管第一线员工人数少，但电子工单、电话、设备联网、设备维护资料查询（文字或视频）等都离不开信息传输。故此，在现今的年代中，制造车间里需要考虑综合布线系统对工业4.0的支持。

（1）任何工位和区域都可以实现引入电话、电脑、工业控制、PLC、电子工单、视频显示等功能，使信息传输的分布即使是到达工业4.0阶段也能得以满足；

（2）生产车间内会在任何一个位置安装新的设备，在安装过程中可采用无线局域网进行联网调试，而在安装完毕后应就近接入稳定、高速的有线网络之中；

由于工业控制系统与设备相关，设备装到哪里，控制系统布到哪里。所以，在智能系统中仅考虑其联网所需的综合布线系统点位。为了能够让厂区中的设备可以更换位置，在每根柱子上都装有双口信息点，其中之一用于工业控制设备就近接入，另一个信息点则为备用信息点，它可以用作工业控制设备接入点的冷备份信息点，也可以作为电话、无线局域网等系统的信息接入点。

（3）工业控制的信息量往往不大，电话的信息量也不大，但视频显示（动态视频显示、指导设备维护的视频等）将会需要大的信息量，而在规划阶段应考虑每一个信息点的通用性，所以车间内所有信息点的传输等级均应确保能够做到高速的信息传输。

（4）车间的信息点只能利用永久性建筑进行均布，但会遇到某些区域因特殊原因会出现信息点临时增加的可能，故此每个永久型信息点均需考虑直接接入设备（也包括电话、电脑、PLC等）的可能，也需要考虑接入网络交换机（构成卫星配线架）的可能。

（5）4层的电梯电缆测试楼（厂区的东北角）上下均设信息点，以便信息沟通。

（6）仓库

德特威勒的仓库群与其他企业的仓库一样，都是堆放原材料、半成品和产品的库房。在仓库中，一排排的货架充分利用了库房的高度，使库房内能够大幅度地提高空间利用率。

图26 制造车间一角

图27 产品仓库一角

在这样的库房环境中，迅速找到货品是仓库实现信息化和自动化的关键。在当前的现代化仓库中，条形码、二维码已经全面运用，物联网成为了仓库管理的重要手段。基于此，库房内各个区域的高速信息传输是必不可少的。但是，不可避免的问题是，如果在一排排的货架上设置有线信息点，对于条码和二位码的扫描枪而言，使用上并不方便。因为扫描枪在移动，背后拖着一根传输线明显是不现实的，而且这根传输线还可能被拖坏。

所以，在仓库中采用无线局域网全覆盖，是实现立体仓库自动化管理的重要一环。

故此，在仓库的库房内，每根柱子上都设有信息点，用于连接电脑、电话等设备，同时根据所用无线局域网的理论覆盖范围和现场实际测定，可以确定无线AP的安装点。这时，在第一次安装时可以利用桥架进行布线，今后无线AP调整时，一旦遇到布线不方便之处，也可以利用柱子上的信息点就近提供信息传输的通道。

（7）环境考虑

在一个制造型企业的车间内，其工作环境自然比不上办公区，为此需对环境因素进行考虑。对于德特威勒太仓的车间而言，主要存在的环境问题是噪音、粉尘、水、振动、电磁干扰。在规划时，对这些因素的思考如下。

★噪音

噪音属于“声”的范畴，对智能化各子系统所面对的“电”和“光”没有影响，所以在弱电系统规划中无需考虑噪音的影响。

当然，在车间正式运行时，噪音会影响工人的健康。所以部分区域内会要求工人戴隔音耳塞工作，以免长期听到噪音伤害工人的听力。对于偶尔或临时进入高噪音区域的管理人员或外来参观者，倒不需要带隔音耳塞。

★粉尘

对于德特威勒这样的全自动化线缆制造车间而言，地面清洁工作一直在进行，所以几乎看不见扬起的粉尘。但对于光纤这样的超细芯径（9微米或50微米，比头发丝还细）而言，粉尘的影响还是存在，这对于光纤光缆而言是不利的，意味着每次插拔时都需要清洁光纤端面，所以在车间内的终端缆线不宜选用光缆。

★水

车间里的制造设备要用水进行冷却、车间地面清洁时也会用到水，所以在车间内遇水是正常的事。

在车间内，连接器的端口（光纤连接器或铜缆的RJ45口）都希望能做到防水防尘。防止水不会直接喷射到模块孔内，而且一旦灰尘和水雾凝结在模块孔内，会随着重力自动滑落。

★振动

线缆制造设备中都包含有电动机等会产生机械振动的部件，这些振动会通过金属件之间的车道，使整台设备都处于微弱的振动状态。由于这些振动会引起产品品质的波动，所以在生产设备安装和固定时，都会千方百计地设法降低振动的影响，但这些振动只能降低而无法完全消除。

对于综合布线系统而言，轻微的振动对于铜缆连接件（以RJ45模块为主）而言几乎不会影响传输性能。但对于光纤光缆而言，由于光纤本体是石英玻璃，长期处于振动环境容易引起光纤纤芯破损或断裂，而且由于光纤接入网卡时采用的都是“活动连接”，即通过光纤耦合器、光纤连接器进行光纤连接，一旦发现传输故障，可以从光纤耦合器上拆下光纤连接器，更换从面板至设备之间的光纤跳线大多可以解决。但在光纤耦合器内，两端的光纤连接器大多是采用弹簧连接方式，一旦发生振动则连接点可能会出现接触不良的现象。

在地铁行业中，为了避免地铁经过时产生振动而导致传输线接触不良，采用了FC连接器。但在制造生产线上，如果有光纤连接器的话，这些光纤连接器的种类是设备自带的，无法选择。

★电磁干扰

德特威勒太仓厂区的车间内拥有线缆、注塑等生产线的制造设备，目前还没有配备更大电磁干扰的钣金制造设备，但就这些生产线也都配有配电柜，其工作电流大，空开、电动机等部件、器件所产生的电弧、电火花也多，所以如果在靠近这些电磁干扰源的地方采用非屏蔽双绞线，就可能会在非屏蔽双绞线上产生不必要的电磁干扰，降低计算机网络的误码率，导致有线电话的音质下降。

（8）综合布线系统的基本要求

为此，出于对电磁干扰影响的考虑，在车间中仅能使用屏蔽双绞线和光纤光缆。

综合考虑以上的各种环境因素，系统规划时形成以下对综合布线系统的基本要求。

★面板需要防水防尘

可以使用综合布线系统中的工业连接器，也可以另辟蹊径，只要达到防水防尘的效果即可。

图28 信息面板防尘防水罩壳

但应注意，不能使用面板上的防尘盖作为防水、防尘的保护措施，因为这些防尘盖的保护能力有限，特别是在插入跳线后，防尘盖对跳线端口的保护是完全无效的。

★防振动

根据前述的分析，防振动的关键在于不使用弹簧结构的光纤连接器。可以使用铜缆连接器（RJ45连接器等）或FC光纤连接器。

★抗电磁干扰

抗电磁干扰可以采用屏蔽布线系统或光纤布线系统。但使用屏蔽布线系统时，应做到接地良好。

通盘考虑以上三种基本要求，最终的选择是：保障部件中的面板采用防水防尘结构；面向终端设备的传输部分则使用超六类等级的屏蔽布线系统，如果今后某些设备的接口为光纤连接器，可以采用光电转换器进行光/铜转换。

工业控制系统的控制台安装在车间办公区内。

10 无线局域网系统

在车间设备调试时、在立体仓库的管理中，都需要使用无线局域网。所以，在现代化的工厂中，无线局域网将会与有线网络并行，形成“天地一体化”的格局，取长补短，互为备份。

在无线局域网的规划构思时，思考以下一些问题。

1)覆盖区域发生变化

无线AP在开通前，需要在现场测试后确定其覆盖范围。这在车间内不会有大的变化。但在立体仓库内，由于德特威勒的货架上大多是线缆类产品，金属屏蔽效果会比较强。而且货架上的货物会随着物流而发生数量和位置变化，所以在仓库内，有时会出现某些区域无线信号不强的现象。一旦遇到这一现象，为保证仓库内的物流不受影响，就可能会调整无线AP的位置。

另外，每一次调整好的无线AP位置与所用无线AP有关，一旦更换无线AP，有可能需要重新测试和改变无线AP的位置。

基于这一点，厂区和仓库内每一根柱子上的信息点将能够发挥作用。一旦测试数据或现场联网情况反映出无线AP需进行调整，则可立即启用新的无线AP所在位置附近柱子上的信息点，确保信息传输能够畅通无阻。然后再分析是否需要重新布线。

2）无线AP的传输速率

无线局域网的传输速率始终在快速提高，早年的11Mbps现在已经不见踪影，56Mbps、108Mbps、150Mbps、300Mbps、600Mbps、1Gbps都曾经登台亮相。而无线局域网的一台AP为一个区域内的所有终端设备提供传输通道，这就意味着它的总传输速率有可能会被所有的设备所均分。随着终端设备的传输速率越来越高，无线AP的传输速率将会越来越高。所以，连接到无线AP的缆线需要达到传输能力在10Gbps以上的能力，亦即达到超六类以上的双绞线等级或OM3以上等级的光缆。

3）无线AP的供电

无线AP的常规供电方式有两种：本地交流电源供电或网络交换机供电（POE）。本地供电对于无线AP调整时会带来诸多不便，而且受所在区域是否有电的影响，万一该区域跳闸则无线AP同时中断。

在本项目中，只要POE供电的电量能够满足无线AP的需求，则规划采用POE供电，利用网络交换机的电源由UPS提供的特点，使无线AP在断电时依然能够使用UPS供电，确保网络保持畅通。

根据以上分析，要同时满足传输能力和供电的需求，只有采用超六类以上等级的双绞线方可。故此，在规划中确定采用超六类（厂区）和超七类（办公区）屏蔽双绞线。