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工业以太网铜缆布线标准及测试方案

时间: 2019-12-17
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工业以太网电缆测试工具

部署前(认证)测试仪:该类工具能够测试上述的所 有布线参数,包括串扰、屏蔽完整性和TCL。DSX CableAnalyzer系列是唯一能够测量包括布线通路屏 蔽完整性在内的全部参数的电缆测试仪。测试仪能 够给出“合格”或“不合格”结果,以及生成报告,可供 存档。在启动之前利用认证工具进行测试,是确定电缆是否满足以上所述规范的唯一途径,也是预防电缆问题的上佳途径。这些工具亦可用于故障诊断,不但能够定位电缆断点,而且能够诊断更加困难的问题,例如电缆中的水分或不符合规范要求的连接器。故障诊断工具:这些工具可验证布线连接是否正确(包括串扰线测试),可测量电缆长度以及识别电缆断点的位置。即使电缆不是问题所在,也可以通过排除电缆嫌疑,使团队能够专注于真正的问题,从而节省大量时间。故障诊断工具的低成本使其能够在任何设施中普及,避免了租赁所浪费的时间或发生故障时寻求维护工作的外包方来协助。解决一次网络故障所节约的时间,足以摊销其成本。

【白皮书】工业以太网铜缆布线标准及测试

【白皮书】工业以太网铜缆布线标准及测试

工业以太网铜缆布线标准及测试

 【白皮书】工业以太网铜缆布线标准及测试

引言

工业以太网铜缆布线标准及测试

 

当今发展较快的工业自动化技术基于以太网的物理层,可 降低成本和简化互连。但是,工厂车间的独特性给以太网 环境带来了新的挑战。凭借正确的知识和工具,安装人 员、工程师和操作者能够实现并充分利用该项技术所带来 的好处。

起初由Xerox Palo Alto Research Center (PARC)于 20世纪70年代开发的以太网已经发展成为世界上常见的网络系统。在过去的数十年中,标准的巨大变化和扩展使得以太网能够处理各种各样的应用,而这些是起初开发人员始料未及的。

工业以太网就是其中的应用之一。厂商和标准化组织已经采用以太网的底层物理层来创建各种技术, 例如PROFINET、Ethernet/IP (工业协议)、EtherCAT和Modbus-TCP,优化用于工业自动化领域。布线标准和连接器 所有工业以太网应用都被设计为采用双绞线铜缆或 光纤布线,与“常规”以太网中使用的线缆类似,并针 对工厂环境进行一定的改动。国际标准组织(ISO)和 美国电信产业协会(TIA)制定了一套规范来定义工业 场所的潜在环境条件。这就是所谓的机械、侵入、 气候/化学、电磁(MICE)规范。MICE等级表示不同 程度的环境条件,其中MICE 1表示典型办公环境, MICE 2为较恶劣的环境,MICE 3表示重工业环境。为满足这些要求,厂商们开发了专用的布线和连接器。其中包括遭受碾压、加热、浸没或暴露于腐蚀性化学品时能够正常工作的布线。大多数情况下, 这会影响对电缆外部护套的要求,但无论是MICE 1 还是MICE 3,电气特性仍然相同。然而,一项值得 注意的差异是电磁特性,其中对E1、E2和E3等级的 横向转换损耗(TCL)提出了具体要求。该规范测量电 缆抵抗外部电信号干扰的能力,例如焊机、变速驱动器和高压电源产生的电信号。由于连接器会成为信号电缆入口,所以受到特别检 测。一种方法是将标准8针模块式连接器(RJ-45)装 入密封的螺纹型插座之中。该种连接器的优势是能够兼容大多数“常规”以太网装 置和布线。“M12”连接器开发用于更苛刻的冲击和振 动应用,具有小尺寸圆形锁紧螺口式连接器,可以 是两对(M12-D)或四对(M12-X)。常见的工业布线配 置中,电缆一端为模块式8针连接器,另一端为M12 连接器。

【白皮书】工业以太网铜缆布线标准及测试

DSX CableAnalyzerTM屏幕显示不同端对端电缆配置的测试 限值,包括E1、E2和E3限值


布线问题 

一半以上工业以太网问题的根源在于布线。其中有些问题在初始运行阶段就已经显现出来,而有些问题不影响连接性能,可以正常工作,但发生环境变化后会造成通信故障。以太网是一种可靠的技术, 即使在临界环境下也能够继续通信 。 但环境的变化 可能会造成通信问题,甚至线路彻底失效。以下为最常见的布线问题:

连通性:布线的基本要求是,一端的引脚连接到另一端的正确引脚。布线中的任何接线错误或开路都将造成严重通信故障。不太容易理解的一种接线错误就是所谓 的“串扰线”连接法,此时引脚都连接到另一端的相应引 脚,但电缆双绞配对不正确。这会造成间歇性的或严重的故障。

长度:一般而言,以太网电缆的长度限制在100米。太 长的电缆会造成两个方面的问题。其一,信号沿电缆传 输时强度变弱 。 如果电缆太长,信号可能太弱,致使 不能被远端正确接收;第二,以太网的设计具有特定的响应时间要求,电缆太长造成的延时会影响时序。无论哪种错误,都会造成严重故障或间歇性问题。例如,由于电缆损耗随温度升高而增大,太长的电缆在较低温度时的传输性能或许能够接受,但在较高温度时则失效。

串扰:这是衡量一根电缆中线对之间电磁干扰的指标。 例如,“发送”线对上传输的信号可能会对“接收”线对产 生干扰。发送器可能将这种干扰当作输入信号并停止发送。这同样也会造成严重或间歇性故障。随着信号频率升高,串扰也会增大,使其成为网络电缆优性能的决定因素。

工业以太网铜缆布线标准及测试方案

DSX CableAnalyzer屏幕显示合格测试结果, TIA 1005 CAT 6A链路,E2限值。


屏蔽完整性:许多工业以太网电缆采用屏蔽层 ,一般 是金属箔,在电缆外部护套之内将各线对包裹起来。该 屏蔽层的目的是降低外部电磁干扰(EMI)的影响,这些 干扰可能来自于电缆附近的高压或高电流装置。EMI会 造成电缆上传输错误,导致速率降低甚至完全失效。这种故障只有在干扰大到足以超过信号平衡时才会发生,例如附近的电机启动或使用焊接工具时,因此非常难以诊断。为使屏蔽有效工作,电缆在整个通路内都保持屏 蔽至关重要。 即使屏蔽层上的单个断点也会大幅降低 其性能,因此,对屏蔽的测试必须能够确保电缆的整个通路都被屏蔽。由于屏蔽层一般都接地,所以尤其难以测量。如果屏蔽层在两端都接地,简单的直流测量不能

确定其是否连续(可能存在经机架地达成直流连通的 “虚接地”现象)。

工业以太网铜缆布线标准及测试方案

 DSX CableAnalyzer显示不合格的E3等级测试结果。 请注意是TCL不合格。


横向转换损耗(TCL):这是衡量电缆“平衡”性的指 标 —— 在线对的两根线上传输相等信号的能力。双绞线电缆通过同一线对中两根线上大小相等、相位相反的差分信号,实现高水平的抗扰性。如果造成这两根线上的信号大小不相等,外部噪声就会干扰信号,使其失真到不会被接收装置正确识别。如上所述,EMI问题可能会非常难以隔离和解决。为解决这一问题,标准化组织制定了对MICE E1、E2和E3环境下布线的TCL要求值得注意的是,使用经过制造商认证、满足以上所述要求的电缆和连接器,对于确保无错误工作至关重要。但是,有时候即使好的厂商也会生产出不符合指标的产品。而更常见的情况则是不适当的安装技术可能会将顶级质量的一套组件变成性能极差的链路。电缆测试确保更长的正常运行时间 如果配备有适当电缆测试工具并且了解该工具的基本使用方法,则能够利用它来提高正常运行时间,这主要体现在以下三个方面:

更快投入运行:连接电缆之前测量上述参数是保证其满足规范且能够正常工作的唯一途径。

防止计划外停工:电缆在初始运行阶段能够正常传输数据,并不意味着保证其在所有环境下仍然能继续工作。安装之后的环境变化可能会引发故障。因此,定期测试电缆的上述参数是否合格通过,可避免之后因环境变化引发的电缆故障。

更快解决问题:即使经过测试的电缆,意外切割、拉拔、熔接等粗暴对待行为也会引起故障。在发生网络故障时,如果能够快速诊断布线问题,就可以节约大量时间。与花费几个小时更换可疑电缆相比,几秒钟的测试即可验证电缆是否良好,节省时间,可将精力集中在其他工作上。如果电缆有问题,测试仪的诊断功能就可以查明故障。例如,如果知道故障原因是远端连接器,只需花费几分钟更换损坏的连接器,而不是花费数小时重新布置整根电缆。总之,在安装时测试电缆可以加快初始运行过程且预防将来问题。而在发生故障时,利用电缆测试仪则能够节省数小时的故障诊断和停工时间。

【白皮书】工业以太网铜缆布线标准及测试

DSX CableAnalyzer能够发现各种各样的布线故障,并用清 晰易懂的方式进行显示。

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如果你花了大价钱买的高品质跳线号称自己是7类线(或者是7A线),然而却用的RJ45连接头,并且声称经过了福禄克的测试,请一定问问,经过了福禄克的哪款测试仪的什么测试?支持复测吗?毕竟网上一搜一大把号称经过了福禄克测试,实际是P图,有的甚至是在MS2-100的界面上P出了DSX系列的测试结果,真是P出新花样,看的小编忍俊不禁,我们需要思考一下,为什么如此拙劣的P图却蒙骗了那么多人,且成交量过万呢?今天小编特意收齐资料给大家讲讲,我们常说的7类线和7A线。首先,让我们看一下国际标准ISO11801-2017中针对于5类,6类6A类和8.1类线缆的接头连接类型,见下图,也就是我们常见的RJ45的连接类型。而针对于7类,7A和8.2接头连接类型应该采用的是下面这两个类型,分别是Tera和GG45。我们可以看到适合class F和FA的接头和插座跟RJ45完全不同,仅仅是外观的不同吗?当然不是,这样...
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如果您非常熟悉铜缆测试,那么很可能听说过串扰——一对或一个通道上传输的信号对另外一对或一个通道产生不良影响的现象。串扰会对具体的一对导线或整根电缆形成干扰,导致误码或数据无法传输。例如,您是否曾经在电话中听到有其他人说话?这就是邻近电话线之间相互干扰引起。但是您理解测试平衡铜缆网络布线系统时近端串扰和远端串扰参数之间的区别吗?作为我们铜缆测试系列的一部分,我们认为值得深入地了解一下。近端近端串扰,缩写为NEXT,是衡量单链路/通道的一个性能参数,测量从一对线耦合到另一对线的信号,引起干扰的线对被称为“干扰线对”,而受串扰影响的线对被称为“被干扰线对”。NEXT以分贝(dB)为单位表示,随传输频率的变化而变化,较高频率产生的干扰较大。dB值越大,被干扰链路/通道受到的串扰越小。例如,可传输高达100 MHz的5e类电缆,在20 MHz时的NEXT值可能为45.8 dB,而在100 MHz时的...
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