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[行業(yè)新聞] 局域網(wǎng)用數(shù)字對絞電纜的工藝要點及設備簡介

P:2015-01-16 20:03:19

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                                      局域網(wǎng)用數(shù)字對絞電纜的工藝要點及設備簡介
發(fā)布時間:2014.11.26 新聞來源:選自線纜行業(yè) 瀏覽次數(shù):1770
 

1 局域網(wǎng)簡介
  局域網(wǎng)最主要的衡量參數(shù)是在給定時間段內(nèi)的信息處理能力。主要的衡量單位是Mbit/s。自從第一個局域網(wǎng)建立以來,需求量成指數(shù)增長;并且至今對Mbit/s速率的需求遠未達到穩(wěn)定。毫無疑問,起始于本世紀的通信革命將在下世紀初達到頂峰。不久以后,電腦使用者都將對聲音、數(shù)據(jù)和圖象信號提出更高速率的需求。
  如此高速度的增長形勢可以用一個詞來概括:迷惑。方案在其尚未開發(fā)更新之前就已經(jīng)過時了。標準、規(guī)范這些詞在局域網(wǎng)工業(yè)中的定義也似乎沒有實際意義。
  因此最終用戶不僅只能選擇最新的可能的解決方案,而且當術語得到進一步的解釋并建立了對應的國際標準后再次進行選擇。在這個行業(yè)里有很高的不確定性,沒有一件事是容易的。
  現(xiàn)在,已建立的局域網(wǎng)有以太網(wǎng)和令牌網(wǎng),它允許最高達到20 Mbit/s。替代這些網(wǎng)絡的100 Mbit/s系統(tǒng)已實用化,在高速局域網(wǎng)技術方面有兩條不同的路線相互競爭:快速以太網(wǎng)(100BASE-T)和AnyLAN(100VG)。除了這兩種由目前的以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)自然發(fā)展起來的邏輯網(wǎng)絡之外,還出現(xiàn)了其它技術:ATM(異步傳輸模式)。其容量按現(xiàn)在的規(guī)定,已可滿足未來的增長。ATM運行在155 Mbit/s,而且在622 Mbit/s上已成功試運行。ATM似乎會在未來占主要地位,但在短期內(nèi)不會大量推廣。保證不同制造商的設備間相互連接的界面的開發(fā)和標準化仍沒有成為現(xiàn)實。
  基于快速以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)的新技術,不考慮其差異,都致力于使用已有的3類和5類對絞電纜。作為未來局域網(wǎng)技術的ATM,也在考慮使用對絞電纜,在不歸零條件(NZR)下其允許速率為155 Mbit/s。在5類UTP電纜上提供622 Mbit/s速率的論證工作已經(jīng)完成。所以若誰的局域網(wǎng)選擇了5類纜就可以滿足未來在速率方面的增長。

2 無屏蔽對絞電纜(UTP)與屏蔽對絞電纜(STP)比較
  根據(jù)美國最新的研究,5類UTP電纜發(fā)展得最快,從1993至2000年年平均增長率為27.0%。最近幾年美國UTP類纜占所有對絞線纜的比例為52%,而STP類纜僅占1.5%。而歐洲有所不同。除了受北美影響很深的國家,如英國,主要使用UTP外,其它國家屏蔽電纜占有一定比例。在法國、比利時、荷蘭、盧森堡已大量安裝了S/UTP,而德國流行的一種電纜結(jié)構(gòu)是每對線都屏蔽再加總體屏蔽的S/STP。通過工業(yè)調(diào)查,能推導出S/UTP的巨大發(fā)展。我們還可以預見S/STP的持續(xù)減少和UTP的持平。
  為什么美國和歐洲總體上有差異?答案明顯:在電磁兼容性(EMC)方面,兩大洲有不同的標準。因此誰也不能忽視EMC標準,甚至在將來,當為一個新的局域網(wǎng)選擇電纜系列時更加重要。在歐洲,規(guī)范EMC最重要的法規(guī)是EN-55022和EN-55024。在美國,規(guī)范EMC的機構(gòu)是FCC,在加拿大是CSA。FCC和CSA的規(guī)范比歐洲類似規(guī)范更有寬容性。
  我們所說的EMC的意思是指一個系統(tǒng)或局部的設備具有抗環(huán)境干擾的能力。也就是說系統(tǒng)既不會發(fā)射電磁干擾到環(huán)境中去,又不會受環(huán)境中電磁場的影響。磁場感應正比于電信號頻率。局域網(wǎng)趨向于使用越來越高的傳輸速率,相應信號有很高的頻率。這就是說,當更高的速率成為標準時,電纜系統(tǒng)目前所使用的UTP纜將有不同的電磁性能。對屏蔽的需求不僅可以保護人員而且可以防止在電纜中傳輸?shù)母哳l信號建立的電磁場污染環(huán)境。
  所有的情況都表明高的電磁輻射是由于高速度傳輸引起的,它將使公眾更加關心EMC問題并且有關的立法活動更現(xiàn)得迫切。據(jù)此,有理由去考慮在損害UTP電纜應用的情況下推廣應用屏蔽纜。
  無論如何,屏蔽纜不會有完全的電磁防護性能。安裝是一個重要問題。S/STP的安裝比UTP更加復雜。如果屏蔽件沒有正確接地或建筑的地無效,則屏蔽達不到預期的效果。

3 在絞對線電纜中的信號傳輸
  電纜安裝通常達不到理想的環(huán)境,電纜的制造也不會完全地理想,總會存在有噪音影響系統(tǒng)的傳輸性能。經(jīng)歸納,有兩種可能的噪音。第一種來自內(nèi)部,被稱為串音。它來自于同一電纜的其它線對的電磁場影響,導致被串線對產(chǎn)生噪音電流。第二種來自外部,如電力線路,或者安裝于外部的其它設備所發(fā)射的電磁波。無論是內(nèi)部或外部的電磁場都會對被串線對的兩條導線產(chǎn)生感應電流或感應電動勢,由于兩條導線的電阻不會絕對相等,兩條導線的對地電容也不會完全相等,也就是對地的電容不平衡和同一線對間的電阻不平衡,所以就會存在感應出來不需要的串音。很明顯如果我們需要減小噪音,我們就必須控制電容不平衡和電阻不平衡。表1,2,3給出了控制不平衡的辦法。

表1

參數(shù)

線對間電容不平衡控制

單線的同
軸電容
必須限制在±1 pF/m(小于電話電纜的5倍)。絕緣生產(chǎn)線的運行必須很精確,以保證得到高質(zhì)量。在整條單線上絕緣的等效介電常數(shù)必須均勻一致。
絕緣層的
偏心率
如果該導體沒有適當?shù)匚挥诮^緣層中心而是總偏向某一方向,將會引起電容不平衡超過范圍。5類以上的電纜要求同心度大于95%?梢酝ㄟ^退扭裝置調(diào)整導體在絞對線和纜芯中的幾何位置來平衡這種偏心情況。
絕緣層直
徑(DOD)
導體的絕緣層直徑的變化將引起導體間部分長度上電容的變化,其結(jié)果是將出現(xiàn)電容不平衡。必須使DOD的公差范圍限制在±0.002mm以內(nèi)。
導體直徑
的變化
導體直徑必須控制在±0.002mm范圍以內(nèi),在絞對和成纜過程電線的延伸應保保持在允許的范圍內(nèi)。
絞對和成
纜節(jié)距
在給定電纜中,與線對位置及對應的絞對節(jié)距相關的線對幾何布局,必須保證其串音耦合符合要求。為滿足這個條件,UTP電纜唯一的解決辦法是應用很小的絞對節(jié)距,且各線對采用不同節(jié)距,其范圍一般在10~30 mm內(nèi)。沿一根絞對線,絞對節(jié)距的變化范圍必須限定在0.5 mm以內(nèi)。對于STP纜,這種配合因素被屏蔽所強化,絞對節(jié)距可以增大到40 mm。
絞對線的
幾何穩(wěn)定
絞對線的幾何特性是兩根導線間的對稱性能和軸向距離差,在電纜生產(chǎn)全過程中必須保持不變。

表2

參 數(shù)對地電容不平衡的控制
單線同軸
電容
與線對間電容不平衡相同。
絞對和成
纜節(jié)距
小絞對節(jié)距可以平衡對地電容不平衡,與線對間電容不平衡的說明一樣。

表3

參 數(shù)電阻不平衡的控制
銅的電阻
系數(shù)
在一對絞對線的兩根單線間不能有顯著的差異。
絞對線內(nèi)
兩根單線
的長度
一對線的兩根單線,扭絞不對稱,極端情況下會導致一根單線繞著另一根筆直的單線纏繞;從而引起兩根單線之間長度上的巨大差異。
電阻(R)
Ω/km
電阻不平衡的主要原因是銅線線徑的變化。應檢查拉絲模。導線承受的張力必須控制在允許范圍內(nèi)。
在電纜中所有的單線的延伸率應基本相同。
  最近一種新的參數(shù)在局域網(wǎng)中被用來測量噪音強度(內(nèi)部噪音源)。叫做ACR或叫串音衰減比。

ACR(dB)=NEXT(dB)-a(dB)

  式中:NEXT——近端串音衰減
a——線對衰減
  ACR的理想值是∞。NEXT的值隨頻率的增加而減小,a隨頻率的增加而增大。兩個值的差值用dB來表示,它表示出我們能獲得的傳輸系統(tǒng)允許噪音安全余度。當頻率增加時,這個差值會越來越小。當NEXT降低到被a的增大所平衡時NEXT小于a,信號就會被噪音掩蓋。

4 局域網(wǎng)絞對線電纜的制造
  表4歸納了局域網(wǎng)電纜制造的主要步驟。在全部工序中,拉絲,絕緣,絞對屏蔽,最終成纜和總屏蔽是對電纜成品性能最有影響的工序。

表4

在LAN電纜制造中的主要工藝參數(shù)
拉絲
銅線線徑22,23或24AWG(0.6,0.55,或0.5 mm)。
銅線的電阻系數(shù)應有很小的容差。均衡的退火。
銅線的延伸率應大于25%,銅線直徑有很小的容差(±0.002 mm)。
絕緣
DOD有很小的容差(±0.002mm)。
同軸電容有很小的容差(±1pF/m)。
絕緣層同心度大于95%。
銅線與絕緣層之間良好的粘接。
在一根單線的全部長度上絕緣層的有效介電常數(shù)必須均衡。
絞對和屏蔽
在絞對的整個過程中必須保持單線的張力不變;其變化范圍應小于±10%。
為了保證有相同的延伸值,在絞對和成纜過程中電纜中所有的單線必須通過相同的操作以維持張力相等。
單線的彎曲半徑必須大于50 mm,以避免降低銅線和絕緣層的粘接性能。為了維持單線間相互軸向距離在0.01 mm的范圍內(nèi),所有絞對線的張力必須相等。所以,對所有的絞對線的壓縮力必須一致,并且使得在相互間軸向距離上有很小的偏差。單線配備適當?shù)耐伺ぱb置可以解決絕緣層同心度的問題。用同樣的方法也可以改善電容不平衡。
絞對節(jié)距范圍應在10~60 mm內(nèi),任意一根絞對線節(jié)距容差小于0.5 mm。
在絞對操作中,每一對線的兩根單線長度必須保持相等。
對于完工的絞對線,后續(xù)工序中線對的幾何尺寸就不能改變了。其最小彎曲半徑是75 mm。
在整個屏蔽工序中屏蔽帶的張力應保持不變。其變化范圍應小于±10%。對所有的絞對線進行屏蔽時必須采用相等的壓縮量。

成纜和屏蔽
成纜時必須保證絞對線的幾何穩(wěn)定性。退扭是一種有實際意義的選擇。在整個成纜過程中絞對線的延伸張力應保持不變(±10%)。
絞對線的彎曲半徑應大于75 mm。
4對絞對線的反向張力應相同以保證電纜良好的幾何性能。
絞纜節(jié)距范圍是80~120。
在整個屏蔽工序中屏蔽帶的張力應保持不變。其變化范圍應小于±10%。
含4對絞對線的電纜,其彎曲半徑應大于150 mm。

  現(xiàn)在局域網(wǎng)電纜有兩種制造方法共存。第一種方法分為兩個步驟。首先,進行絞對和屏蔽(如果需要)工序。然后,在成纜線上進行四對線的絞合。第二種叫做一步制造法。 在一步法生產(chǎn)線上,絞對線和成纜在同一條生產(chǎn)線上順序進行。而線對屏蔽和電纜屏蔽也在一條線上進行。兩種方法都是可行的,但選擇設備時應考慮以下主要因素。

5 兩步法
  第一步:水平絞對和屏蔽
  該生產(chǎn)線由以下單元組成:兩個絕緣單線主動放線架,根據(jù)顧客需要采用500 m或630 mm線盤,成形板和并線模,幾個絞對線屏蔽用包帶頭,搖臂式收線架,總屏蔽包帶頭和630 mm雙節(jié)距收線架,收線長度達到8~10 km。最大收線速度為4500 tpm(轉(zhuǎn)/分)?蛇x配帶有可調(diào)節(jié)退扭功能的放線裝置,退扭調(diào)節(jié)范圍在0~30%之間。
  絞對線的節(jié)距控制可以是機械式或者電子式。盡管就電纜性能而言機械式更好,但是數(shù)字同步裝置非常精確,且操作更加簡單靈活。
  無屏蔽的UTP電纜制造,最小絞對節(jié)距為13 mm,該生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為每24小時在4500 tpm下生產(chǎn)絞對線72 km。
  有屏蔽的STP電纜制造,最小絞對節(jié)距可以放寬到40 mm。在此條件下,該生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為每24小時在4500 tpm下生產(chǎn)絞對線220 km。
  第二步:成纜及屏蔽
  在表4中歸納了獲得局域網(wǎng)電纜高性能所需要基本要求。該生產(chǎn)線包括4個單節(jié)距放線架及驅(qū)動盤,裝有可調(diào)退扭裝置,其調(diào)節(jié)范圍是0~100%,以防止絞對線絞對后的松散,使絞對線在成纜時絞對節(jié)距和屏蔽都不會發(fā)生變化。通過負荷單元來調(diào)節(jié)放線張力。這就保證了在整個電纜長度上絞對線張力的一致。
  單節(jié)距成纜線工作在600 tpm上,若需要更快的速度應采用雙節(jié)距成纜機。
  成纜節(jié)距通常介于100~120 mm,在此范圍內(nèi)可以兼顧質(zhì)量和生產(chǎn)效率。該生產(chǎn)線工作于成纜節(jié)距為120 mm(600 tpm)時每24小時可生產(chǎn)85 km。
  如果我們用單節(jié)距成纜生產(chǎn)線生產(chǎn)UTP電纜,則需要4~5條水平絞對生產(chǎn)線。如果用于生產(chǎn)STP,只需2條水平絞對生產(chǎn)線就夠了。

6 一步法
  此生產(chǎn)線由以下部分組成:群絞機,張力相等的牽引機組,4個包帶頭用于線對屏蔽,成形板和并線模,幾個電纜總屏蔽用包帶頭,搖臂式放線架和一個單節(jié)距收線架。
  群絞通常使用500 mm盤。單節(jié)距收線架的設計用于1 000 mm收線盤的需要,其收線長度達到8~10 km。線對扭絞工作在雙節(jié)距下可以達到3 000 tpm。單節(jié)距收線架的收線轉(zhuǎn)速可達到600 tpm。
  用于收容絕緣單線的500 mm放線盤(共8個)不是自動的。放線盤的重量低于1 200 N時通過機械式張力制動補償來保證張力控制。
  用電子控制絞對節(jié)距(無級調(diào)整)。生產(chǎn)線速度由單節(jié)距收線架的直接牽引速度確定。絞對機的旋轉(zhuǎn)可采用兩種方式:a)單臺電動機和一根主軸;b)四臺獨立電動機各自帶動一個絞對機旋轉(zhuǎn)。選擇b)方式時,會給操作者選擇節(jié)距帶來很大的靈活性。不同的驅(qū)動設備依靠數(shù)字同步裝置來限制絞對節(jié)距誤差以及使線對之間的速率誤差達到最小。
  由于四個絞對機旋轉(zhuǎn)速度的不同造成了四根絞對線之間的張力差異,有必要用四個牽引裝置進行張力平衡。為了保證幾何穩(wěn)定性,在成纜之前這些張力必須一致。
  該生產(chǎn)線能制造UTP,S/UTP和S/STP電纜。對于線對屏蔽只能用一根帶子進行。還不可能在該生產(chǎn)線上使用兩根屏蔽帶。所有的屏蔽帶是不完全縱包,也就是說對于每一根絞對線或成纜纜芯的屏蔽都具有與成纜節(jié)距相同的繞包節(jié)距。所有的包帶頭都對應有大容量的放帶盤(大約10km)以防止更換放帶盤時需停止生產(chǎn)。如果不使用大容量放帶盤,經(jīng)常更換放帶盤會引起絞對線、纜和屏蔽帶的張力波動,就不會在整個長度上達到質(zhì)量一致。
  UTP電纜制造,其絞對線節(jié)距最小為11 mm,成纜節(jié)距最小為120 mm,該生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為每24小時40 km電纜。受限的原因是絞對機工作在小節(jié)距上。
  STP電纜制造,絞對最小節(jié)距可加大,達到40 mm推薦成纜節(jié)距為80 mm而不是UTP生產(chǎn)中的120 mm。成纜節(jié)距更短有助于改善絞對線的屏蔽。該生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力近似達到每24小時60 km。受限的原因來自單節(jié)距收線架。
  一步制造法提高了效率。一名操作員可以容易地控制兩條這樣的生產(chǎn)線。此外絞對線放線盤的中間保存也省地方。

7 一步法與兩步法的比較
  表5比較了兩種方法的生產(chǎn)能力和相對投資額。

表5
  對于兩種方式,就相對生產(chǎn)能力水平和設備投資額進行比較。

一步法
 一步生產(chǎn)線km/24h電纜設備投資總計
UTP140100
S-STP160100
兩步法
 水平絞對
生產(chǎn)線
成纜線Km/24h纜設備投資
總計
UTP4185283
S-STP2185188
  以一步法制造每公里UTP電纜設備投資額為基礎,計算其它相應產(chǎn)品的投資額比率可以得到下面結(jié)果:
  一步生產(chǎn)法:UTP=1;S/STP==0.7
  兩步驟生產(chǎn)法:UTP=1.3;S/STP=0.9
  所以,就分期償還投資而言,一步法無論制造那種電纜都具有優(yōu)勢。
  表6簡要說明了這兩種方法各自優(yōu)點。

表6
  效益概要:一步法和兩步法

一步法
一步法
絞對線的中間存儲被省去了。這就是說,對于降低設備投資而言,可以獲得額外的節(jié)約。
絞對和成纜進行串聯(lián)布置可以節(jié)約勞動力。
一步法對UTP和STP都提供同樣好的效率。
由于4對屏蔽絞對線的屏蔽包帶節(jié)距相同(等于絞纜節(jié)距),對于所有絞對線的壓縮量相等的控制是容易的。

兩步法

絞對必要時,可以進行絞對線退扭。
簡單的單線生產(chǎn)途徑使放線張力控制得更好。
對于屏蔽電纜,由于屏蔽包帶節(jié)距更短,等于絞對節(jié)距,線對可以獲得更好的幾何穩(wěn)定性。
這種方法使屏蔽包帶可以設計得更柔軟;線對可以包上的屏蔽帶不止一條。
若需要,可以制造星絞LAN電纜(中國不推薦)。
通過小改進,可以利用現(xiàn)有的常規(guī)的水平絞對生產(chǎn)線。
成纜絞對線進行退扭是可能的,它改善了幾何穩(wěn)定性。
在整個成纜過程中,絞對線的張力始終相等。
8 結(jié) 論
  要知道,電纜制造商的目的是獲取商業(yè)利潤,建議應選擇最合適的制造系統(tǒng)。在選擇電纜設備時最重要的決定是選擇生產(chǎn)靈活多樣的產(chǎn)品還是特定產(chǎn)品。
  很明顯,一個單位愿意購買哪類設備的判斷標準,決定于他生產(chǎn)哪種型號的產(chǎn)品。如果一個公司打算在將來生產(chǎn)更先進的局域網(wǎng)電纜(超5類或6類),并打算使電纜性能達到1 Gbit/s,就應該選擇具有靈活多樣生產(chǎn)能力的系統(tǒng)如兩步法生產(chǎn)線。
  但另一個公司可能決定專門生產(chǎn)已設計定型的局域網(wǎng)電纜,認為該產(chǎn)品目前仍有很好的市場。該公司可能將放棄多樣化的工藝路線。因此,更為專業(yè)更有效率的設備才能滿足他們的需要。沿這個思路,一步法更具有吸引力。
 
--勤正機械--
 

greater-dia stage - 大徑區(qū)段(拉線鼓輪的) (0) 投訴

P:2015-01-22 09:18:53

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頂個

CTCR - core-to-clad ratio纖芯-包層比 (0) 投訴

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