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        智能布線(xiàn): 廢水處理廠(chǎng)光纖布線(xiàn)之解析

        來(lái)源:機房360 作者:Mary編輯 更新時(shí)間:2014-5-12 18:25:15

        摘要:隨著(zhù)環(huán)保法規及標準的不斷更新發(fā)展,所有工廠(chǎng)面臨的最大問(wèn)題就是:如何通過(guò)技術(shù)的改進(jìn)來(lái)同時(shí)滿(mǎn)足日益增長(cháng)的人口和工業(yè)擴展的需求。

          人類(lèi)文明伊始,廢水排污處理就是個(gè)非常突出的問(wèn)題,一直圍繞在人們的周?chē)?。早在公元?500年,古希臘人就已經(jīng)發(fā)明了沖水式廁所;連同下水道的設計,這項發(fā)明被廣泛認為是古羅馬帝國最偉大的成就之一。然而,到上個(gè)世紀40年代后期,即使在美國的主要城市,大部分的污水未經(jīng)處理就直接排入河流、湖泊之中,極大的破壞了生態(tài)環(huán)境。因此,隨著(zhù)環(huán)保法規及標準的不斷更新發(fā)展,所有工廠(chǎng)面臨的最大問(wèn)題就是:如何通過(guò)技術(shù)的改進(jìn)來(lái)同時(shí)滿(mǎn)足日益增長(cháng)的人口和工業(yè)擴展的需求。

          分布式控制系統, 可編程邏輯控制器,監督控制數據采集系統

          傳統上來(lái)講,分布式控制系統 (DCS) 已經(jīng)能根據水的流率來(lái)同步區分出不同種類(lèi)的廢水。因此,在廢水處理的過(guò)程中,系統會(huì )根據DCS同步分析的結果來(lái)確定使用不同種類(lèi)的泵或閥;并通過(guò)協(xié)調各個(gè)不同部件的共同操作來(lái)實(shí)現廢水處理的成功運作的。盡管當前的光纖技術(shù)的導入已經(jīng)讓 DCS 基礎設施的運作更為可靠,但是,對于更加高效和性?xún)r(jià)比更高的解決方案的需求依舊在持續地增長(cháng)。

          ARC 咨詢(xún)集團出版的2013 年 3 月研究中指出:未來(lái)20年內,廢水處理廠(chǎng)將繼續致力于自動(dòng)化技術(shù)的投資發(fā)展和應用,尤其是計算機應用: 計算機是控制跨水處理設施的關(guān)鍵。但在此環(huán)境中,計算機稱(chēng)為可編程邏輯控制器 (PLC)。


        廢水處理工廠(chǎng)通過(guò)協(xié)調各個(gè)不同部件的共同操作來(lái)實(shí)現廢水處理的成功運作

          可編程控制器PLC不同于普通的計算機,而是被設計成能夠處理數以百計 I/O 信號的系統:信號從傳感器端輸入,如閥打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)、 水位、 流量?jì)x表、 溫度、 壓力、 化學(xué)濃度等;輸出則連接到設備傳動(dòng)器上,來(lái)啟動(dòng)和停止泵、 閥、 門(mén)、 電機。此控制器PLC用來(lái)分析所有的信號輸入的狀態(tài),再根據分析結果做出決定;并將此決定轉換成相應的輸出信號,以此來(lái)控制一個(gè)流程的完成。

          為了保證可編程控制器PLC運作的穩定性和可靠性,其被設計成加固型,適合室外環(huán)境,尤其是在惡劣的條件下使用,如灰塵、 水分、 振動(dòng)、 熱、 冷、 和電氣干擾。由于信號輸出的結果取決于信息輸入時(shí)的狀態(tài),其邏輯程序設計的健全和高度穩定性則很好的滿(mǎn)足了這一要求,并對實(shí)時(shí)操作做出最準確的反應,確保系統的正常運行。

          由于系統變得更加復雜,一個(gè)可以鏈接可編程控制器PLC和其他內部系統的橋架也變得越來(lái)越重要。因此,一個(gè)被稱(chēng)為監視控制和數據采集系統 (SCADA)的完全集成和集中式的系統應運而生。與此同時(shí),一系列自動(dòng)化及其進(jìn)程控制的專(zhuān)有通信協(xié)議也相應整理成冊并成為行業(yè)規定,如Foundation Fieldbus and Process Field Bus (ProfiBus). And Industrial Ethernet (IE) is quickly catching on. A variant of the ubiquitous IEEE Ethernet for LAN applications IE offers fuller interoperability and leverages larger economies of scale.


          由于環(huán)境的極端性,廢水處理系統中所用的光纖光纜尤其重要。上圖圖示的光纜為工業(yè)用低煙無(wú)鹵松套、干式結構、雙層護套光纜。

          廢水處理過(guò)程中的光纖光纜應用

          隨著(zhù)廢水處理廠(chǎng)的建立、 擴大和升級,光纜日益成為其通信基礎設施中的重要組成部分,主要用于將分散式控制單位回連到一個(gè)中央控制室。例如在加拿大蒙特利爾一個(gè)廢水處理的系統中,通過(guò)光纜遠程控制著(zhù)13個(gè)不同地點(diǎn)的交換機,而每一個(gè)交換機同時(shí)又都各自連接一個(gè)900米左右的后備設施。

          再來(lái)看另一個(gè)在華盛頓特區的設施。除了中央分布式控制器和區域控制中心,這里有60部進(jìn)程攝像頭連接到中央控制室,直接用以監視關(guān)鍵部分的操作。同時(shí),全廠(chǎng)的消防報警系統也連接到中央控制室。

          同時(shí),外圍的周界控制及其安全性也受到越來(lái)越多的關(guān)注。

          纖芯數與類(lèi)型

          由于光纜的昂貴以及防止在后續的擴容過(guò)程中的損耗,選擇正確的工廠(chǎng)規模及準確的纖心數量和類(lèi)型是一個(gè)極為重要的決定。下圖中,環(huán)結構 (見(jiàn)圖 1)通常用于從每個(gè)分控制器的兩端來(lái)提供冗余和容錯能力。此應用中,帶寬需求并不高,但其可鏈接到幾公里以外的較大的設施上。為此,多模光纜或標準 G.652 單模式光纜就足夠了。

          環(huán)狀結構


        環(huán)狀結構展示-6芯光纖從每個(gè)方向每個(gè)分布式控制單元的位置

          對于不同方向的每個(gè)分控制器而言,六芯的光纜一般就能夠滿(mǎn)足此項的需求,也可滿(mǎn)足兩條實(shí)時(shí)電路和一個(gè)備用設備的需求。另外一個(gè)更為高效的解決方案則是:在一個(gè)并聯(lián)的分控制器循環(huán)中使用高芯數光纜,然后通過(guò)隔斷使之分成六芯的光纜以向不同的方向傳輸信息。那么,一根72芯的光纜就可以同時(shí)服務(wù) 12 個(gè)不同的地點(diǎn)。再加上服務(wù)于監控攝像頭的機房以及其他程序對光纜的需求,在機房的設計過(guò)程中,必須整體結合考慮到端點(diǎn)位置、可用路徑、 冗余線(xiàn)路和將來(lái)的擴容等各個(gè)方面,此點(diǎn)必須謹記在心。

          纜型

          廢水處理工廠(chǎng)環(huán)境的非常惡劣,光纜除了要暴露在外承受不同的天氣影響,也有可能接觸到腐蝕性化學(xué)品和重型設備的壓制,因此選擇合適的光纜就顯得尤重要。另外,不論在任何室外應用中,水都是一個(gè)不可忽視的對象,尤其是在廢水處理廠(chǎng)中。同樣,在很多工業(yè)工廠(chǎng)中,有很多用于工業(yè)運轉的高壓電力電纜;因此對于這種環(huán)境而言,十分適合使用絕緣光纜來(lái)排除接地和耦合方面的擔憂(yōu)。

          但凡需要額外保護的時(shí)候,波紋鎧裝鋼帶是最常用的產(chǎn)品,并可與金屬鎧甲的接地一起使用。但是,這又與全非金屬介質(zhì)解決方案相互矛盾,那么,這時(shí)就可以選擇雙層非金屬鎧裝光纜。無(wú)論哪種方式,從環(huán)境上考慮標準松管結構是最適合對光纜進(jìn)行保護而防止其受到損傷。

          光纜端接

          使用行業(yè)標準技術(shù)端接光纜,在某種程度上取決于安裝工人的能力。常見(jiàn)的選擇是熔接或非環(huán)氧、非打磨連接器。這些連接器在緩沖套管扇出光纖的裸露端安裝。 這是一種快速和可靠的選擇,特別是對于低芯數的光纜。此外,非注膠和研磨(NENP)連接器可以很容易地安裝在狹小空間里,用簡(jiǎn)單的手工工具在不到兩分鐘即可安裝完畢,經(jīng)戶(hù)外安裝的寬溫度范圍鑒定是高度可靠和穩定的。

          不論熔接或是安裝連接器, 都對連接器的類(lèi)型提出了一些選擇。比較好的做法是為所有光纜終端規范出一種類(lèi)型連接器,做出這個(gè)選擇是為了去匹配網(wǎng)絡(luò )電子設備所需的主要連接器接口—這可能的結果是SC或LC類(lèi)型。兩者都是廣泛應用于工業(yè)的推拉式連接器。LC連接器更小,從而提供更高的密度??赡苊芏炔皇沁@種環(huán)境下的一個(gè)限制因素,但LC接頭在電子設備上應用的越來(lái)越多。

          選擇終端配線(xiàn)架來(lái)存放、管理和保護連接器是很重要的。主要問(wèn)題是對環(huán)境、灰塵、污垢,和潛在影響的保護。分布式控制單元可能會(huì )位于室外的建筑內部或通常用于導軌設備安裝的密封箱中。程序控制機柜往往沒(méi)有光纜終端的安裝存儲空間。在這種情況下,常見(jiàn)的是臨近機柜放置單獨的光纖配線(xiàn)架。在中央控制中心,室內機架安裝配線(xiàn)架是合適的。


        強化的可編程序邏輯控制器,設計用于處理數以百計的I / O信號,是水處理設施至關(guān)重要的控制決策。

          標準設計原則

          然而光纖布線(xiàn)基礎設施的總體設計和布局是完全特定的,標準信息和設計原則可以幫助市政有效的預期基礎設施建設的需求并確保一切高效、安全、可靠的運行,在現在和將來(lái)。

          · 預先添加—光纖設備的大小適應現在和將來(lái)的已知應用,同時(shí)也應有適應未知應用的能力。

          · 非正常條件的說(shuō)明,考慮站點(diǎn)拓撲結構和阻礙來(lái)選擇光纜類(lèi)型,在各種條件下對光纖提供持久的保護。

          · 預料意外因素—構建冗余和容錯系統。

          · 提前計劃—很多站點(diǎn)都是在建階段,所以要考慮增長(cháng)和由于網(wǎng)站擴張需求的前景。

          · 更明智地選擇—大多數布線(xiàn)問(wèn)題出在光纜末端,所以選擇適當的終端配件可以充分整理和保護光纖終端。

          本文作者為:康寧光通信Martyn Easton著(zhù),佟天陽(yáng),蔣金霞譯。

          責任編輯:Mary

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