电线电缆网 > 行业资讯 > 局域网用数字对绞电缆的工艺要点及设备简介（完整版）

局域网用数字对绞电缆的工艺要点及设备简介 - 无图版

zh022 --- 2015-01-16 20:03:19

1

                                      局域网用数字对绞电缆的工艺要点及设备简介
发布时间：2014.11.26 新闻来源：选自线缆行业 浏览次数：1770
 

1　局域网简介
　　局域网最主要的衡量参数是在给定时间段内的信息处理能力。主要的衡量单位是Mbit/s。自从第一个局域网建立以来，需求量成指数增长；并且至今对Mbit/s速率的需求远未达到稳定。毫无疑问，起始于本世纪的通信革命将在下世纪初达到顶峰。不久以后，电脑使用者都将对声音、数据和图象信号提出更高速率的需求。
　　如此高速度的增长形势可以用一个词来概括：迷惑。方案在其尚未开发更新之前就已经过时了。标准、规范这些词在局域网工业中的定义也似乎没有实际意义。
　　因此最终用户不仅只能选择最新的可能的解决方案，而且当术语得到进一步的解释并建立了对应的国际标准后再次进行选择。在这个行业里有很高的不确定性，没有一件事是容易的。
　　现在，已建立的局域网有以太网和令牌网，它允许最高达到20 Mbit/s。替代这些网络的100 Mbit/s系统已实用化，在高速局域网技术方面有两条不同的路线相互竞争：快速以太网（100BASE-T）和AnyLAN(100VG)。除了这两种由目前的以太网和令牌网自然发展起来的逻辑网络之外，还出现了其它技术：ATM（异步传输模式）。其容量按现在的规定，已可满足未来的增长。ATM运行在155 Mbit/s，而且在622 Mbit/s上已成功试运行。ATM似乎会在未来占主要地位，但在短期内不会大量推广。保证不同制造商的设备间相互连接的界面的开发和标准化仍没有成为现实。
　　基于快速以太网和令牌网的新技术，不考虑其差异，都致力于使用已有的3类和5类对绞电缆。作为未来局域网技术的ATM，也在考虑使用对绞电缆，在不归零条件(NZR)下其允许速率为155 Mbit/s。在5类UTP电缆上提供622 Mbit/s速率的论证工作已经完成。所以若谁的局域网选择了5类缆就可以满足未来在速率方面的增长。

2　无屏蔽对绞电缆（UTP）与屏蔽对绞电缆（STP）比较
　　根据美国最新的研究，5类UTP电缆发展得最快，从1993至2000年年平均增长率为27.0%。最近几年美国UTP类缆占所有对绞线缆的比例为52%,而STP类缆仅占1.5%。而欧洲有所不同。除了受北美影响很深的国家，如英国，主要使用UTP外，其它国家屏蔽电缆占有一定比例。在法国、比利时、荷兰、卢森堡已大量安装了S/UTP，而德国流行的一种电缆结构是每对线都屏蔽再加总体屏蔽的S/STP。通过工业调查，能推导出S/UTP的巨大发展。我们还可以预见S/STP的持续减少和UTP的持平。
　　为什么美国和欧洲总体上有差异？答案明显：在电磁兼容性（EMC）方面，两大洲有不同的标准。因此谁也不能忽视EMC标准，甚至在将来，当为一个新的局域网选择电缆系列时更加重要。在欧洲，规范EMC最重要的法规是EN-55022和EN-55024。在美国，规范EMC的机构是FCC，在加拿大是CSA。FCC和CSA的规范比欧洲类似规范更有宽容性。
　　我们所说的EMC的意思是指一个系统或局部的设备具有抗环境干扰的能力。也就是说系统既不会发射电磁干扰到环境中去，又不会受环境中电磁场的影响。磁场感应正比于电信号频率。局域网趋向于使用越来越高的传输速率，相应信号有很高的频率。这就是说，当更高的速率成为标准时，电缆系统目前所使用的UTP缆将有不同的电磁性能。对屏蔽的需求不仅可以保护人员而且可以防止在电缆中传输的高频信号建立的电磁场污染环境。
　　所有的情况都表明高的电磁辐射是由于高速度传输引起的，它将使公众更加关心EMC问题并且有关的立法活动更现得迫切。据此，有理由去考虑在损害UTP电缆应用的情况下推广应用屏蔽缆。
　　无论如何，屏蔽缆不会有完全的电磁防护性能。安装是一个重要问题。S/STP的安装比UTP更加复杂。如果屏蔽件没有正确接地或建筑的地无效，则屏蔽达不到预期的效果。

3　在绞对线电缆中的信号传输
　　电缆安装通常达不到理想的环境，电缆的制造也不会完全地理想，总会存在有噪音影响系统的传输性能。经归纳，有两种可能的噪音。第一种来自内部，被称为串音。它来自于同一电缆的其它线对的电磁场影响，导致被串线对产生噪音电流。第二种来自外部，如电力线路，或者安装于外部的其它设备所发射的电磁波。无论是内部或外部的电磁场都会对被串线对的两条导线产生感应电流或感应电动势，由于两条导线的电阻不会绝对相等，两条导线的对地电容也不会完全相等，也就是对地的电容不平衡和同一线对间的电阻不平衡，所以就会存在感应出来不需要的串音。很明显如果我们需要减小噪音，我们就必须控制电容不平衡和电阻不平衡。表1，2，3给出了控制不平衡的办法。

表1

参数

线对间电容不平衡控制

单线的同
轴电容		必须限制在±1 pF/m（小于电话电缆的5倍）。绝缘生产线的运行必须很精确，以保证得到高质量。在整条单线上绝缘的等效介电常数必须均匀一致。
绝缘层的
偏心率		如果该导体没有适当地位于绝缘层中心而是总偏向某一方向，将会引起电容不平衡超过范围。5类以上的电缆要求同心度大于95%。可以通过退扭装置调整导体在绞对线和缆芯中的几何位置来平衡这种偏心情况。
绝缘层直
径(DOD)		导体的绝缘层直径的变化将引起导体间部分长度上电容的变化，其结果是将出现电容不平衡。必须使DOD的公差范围限制在±0.002mm以内。
导体直径
的变化		导体直径必须控制在±0.002mm范围以内，在绞对和成缆过程电线的延伸应保保持在允许的范围内。
绞对和成
缆节距		在给定电缆中，与线对位置及对应的绞对节距相关的线对几何布局，必须保证其串音耦合符合要求。为满足这个条件，UTP电缆唯一的解决办法是应用很小的绞对节距，且各线对采用不同节距，其范围一般在10～30 mm内。沿一根绞对线，绞对节距的变化范围必须限定在0.5 mm以内。对于STP缆，这种配合因素被屏蔽所强化，绞对节距可以增大到40 mm。
绞对线的
几何稳定
性		绞对线的几何特性是两根导线间的对称性能和轴向距离差，在电缆生产全过程中必须保持不变。

表2

参 数对地电容不平衡的控制
单线同轴
电容		与线对间电容不平衡相同。
绞对和成
缆节距		小绞对节距可以平衡对地电容不平衡，与线对间电容不平衡的说明一样。

表3

参 数电阻不平衡的控制
铜的电阻
系数		在一对绞对线的两根单线间不能有显著的差异。
绞对线内
两根单线
的长度		一对线的两根单线，扭绞不对称，极端情况下会导致一根单线绕着另一根笔直的单线缠绕；从而引起两根单线之间长度上的巨大差异。
电阻(R)
Ω/km		电阻不平衡的主要原因是铜线线径的变化。应检查拉丝模。导线承受的张力必须控制在允许范围内。
在电缆中所有的单线的延伸率应基本相同。
　　最近一种新的参数在局域网中被用来测量噪音强度（内部噪音源）。叫做ACR或叫串音衰减比。

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

　　式中：NEXT——近端串音衰减
a——线对衰减
　　ACR的理想值是∞。NEXT的值随频率的增加而减小，a随频率的增加而增大。两个值的差值用dB来表示，它表示出我们能获得的传输系统允许噪音安全余度。当频率增加时，这个差值会越来越小。当NEXT降低到被a的增大所平衡时NEXT小于a，信号就会被噪音掩盖。

4　局域网绞对线电缆的制造
　　表4归纳了局域网电缆制造的主要步骤。在全部工序中，拉丝，绝缘，绞对屏蔽，最终成缆和总屏蔽是对电缆成品性能最有影响的工序。

表4

在LAN电缆制造中的主要工艺参数
拉丝
铜线线径22,23或24AWG（0.6,0.55,或0.5 mm）。
铜线的电阻系数应有很小的容差。均衡的退火。
铜线的延伸率应大于25%，铜线直径有很小的容差（±0.002 mm）。
绝缘
DOD有很小的容差（±0.002mm）。
同轴电容有很小的容差（±1pF/m）。
绝缘层同心度大于95%。
铜线与绝缘层之间良好的粘接。
在一根单线的全部长度上绝缘层的有效介电常数必须均衡。
绞对和屏蔽
在绞对的整个过程中必须保持单线的张力不变；其变化范围应小于±10%。
为了保证有相同的延伸值，在绞对和成缆过程中电缆中所有的单线必须通过相同的操作以维持张力相等。
单线的弯曲半径必须大于50 mm，以避免降低铜线和绝缘层的粘接性能。为了维持单线间相互轴向距离在0.01 mm的范围内，所有绞对线的张力必须相等。所以，对所有的绞对线的压缩力必须一致，并且使得在相互间轴向距离上有很小的偏差。单线配备适当的退扭装置可以解决绝缘层同心度的问题。用同样的方法也可以改善电容不平衡。
绞对节距范围应在10～60 mm内，任意一根绞对线节距容差小于0.5 mm。
在绞对操作中，每一对线的两根单线长度必须保持相等。
对于完工的绞对线，后续工序中线对的几何尺寸就不能改变了。其最小弯曲半径是75 mm。
在整个屏蔽工序中屏蔽带的张力应保持不变。其变化范围应小于±10%。对所有的绞对线进行屏蔽时必须采用相等的压缩量。

成缆和屏蔽
成缆时必须保证绞对线的几何稳定性。退扭是一种有实际意义的选择。在整个成缆过程中绞对线的延伸张力应保持不变（±10%）。
绞对线的弯曲半径应大于75 mm。
4对绞对线的反向张力应相同以保证电缆良好的几何性能。
绞缆节距范围是80～120。
在整个屏蔽工序中屏蔽带的张力应保持不变。其变化范围应小于±10%。
含4对绞对线的电缆，其弯曲半径应大于150 mm。

　　现在局域网电缆有两种制造方法共存。第一种方法分为两个步骤。首先，进行绞对和屏蔽（如果需要）工序。然后，在成缆线上进行四对线的绞合。第二种叫做一步制造法。 在一步法生产线上，绞对线和成缆在同一条生产线上顺序进行。而线对屏蔽和电缆屏蔽也在一条线上进行。两种方法都是可行的，但选择设备时应考虑以下主要因素。

5　两步法
　　第一步：水平绞对和屏蔽
　　该生产线由以下单元组成：两个绝缘单线主动放线架，根据顾客需要采用500 m或630 mm线盘，成形板和并线模，几个绞对线屏蔽用包带头，摇臂式收线架，总屏蔽包带头和630 mm双节距收线架，收线长度达到8～10 km。最大收线速度为4500 tpm（转/分）。可选配带有可调节退扭功能的放线装置，退扭调节范围在0～30%之间。
　　绞对线的节距控制可以是机械式或者电子式。尽管就电缆性能而言机械式更好，但是数字同步装置非常精确，且操作更加简单灵活。
　　无屏蔽的UTP电缆制造，最小绞对节距为13 mm，该生产线的生产能力为每24小时在4500 tpm下生产绞对线72 km。
　　有屏蔽的STP电缆制造，最小绞对节距可以放宽到40 mm。在此条件下，该生产线的生产能力为每24小时在4500 tpm下生产绞对线220 km。
　　第二步：成缆及屏蔽
　　在表4中归纳了获得局域网电缆高性能所需要基本要求。该生产线包括4个单节距放线架及驱动盘，装有可调退扭装置，其调节范围是0～100%，以防止绞对线绞对后的松散，使绞对线在成缆时绞对节距和屏蔽都不会发生变化。通过负荷单元来调节放线张力。这就保证了在整个电缆长度上绞对线张力的一致。
　　单节距成缆线工作在600 tpm上，若需要更快的速度应采用双节距成缆机。
　　成缆节距通常介于100～120 mm，在此范围内可以兼顾质量和生产效率。该生产线工作于成缆节距为120 mm（600 tpm）时每24小时可生产85 km。
　　如果我们用单节距成缆生产线生产UTP电缆，则需要4～5条水平绞对生产线。如果用于生产STP，只需2条水平绞对生产线就够了。

6　一步法
　　此生产线由以下部分组成：群绞机，张力相等的牵引机组，4个包带头用于线对屏蔽，成形板和并线模，几个电缆总屏蔽用包带头，摇臂式放线架和一个单节距收线架。
　　群绞通常使用500 mm盘。单节距收线架的设计用于1 000 mm收线盘的需要，其收线长度达到8～10 km。线对扭绞工作在双节距下可以达到3 000 tpm。单节距收线架的收线转速可达到600 tpm。
　　用于收容绝缘单线的500 mm放线盘（共8个）不是自动的。放线盘的重量低于1 200 N时通过机械式张力制动补偿来保证张力控制。
　　用电子控制绞对节距（无级调整）。生产线速度由单节距收线架的直接牵引速度确定。绞对机的旋转可采用两种方式：a)单台电动机和一根主轴；b)四台独立电动机各自带动一个绞对机旋转。选择b)方式时，会给操作者选择节距带来很大的灵活性。不同的驱动设备依靠数字同步装置来限制绞对节距误差以及使线对之间的速率误差达到最小。
　　由于四个绞对机旋转速度的不同造成了四根绞对线之间的张力差异，有必要用四个牵引装置进行张力平衡。为了保证几何稳定性，在成缆之前这些张力必须一致。
　　该生产线能制造UTP，S/UTP和S/STP电缆。对于线对屏蔽只能用一根带子进行。还不可能在该生产线上使用两根屏蔽带。所有的屏蔽带是不完全纵包，也就是说对于每一根绞对线或成缆缆芯的屏蔽都具有与成缆节距相同的绕包节距。所有的包带头都对应有大容量的放带盘（大约10km）以防止更换放带盘时需停止生产。如果不使用大容量放带盘，经常更换放带盘会引起绞对线、缆和屏蔽带的张力波动，就不会在整个长度上达到质量一致。
　　UTP电缆制造，其绞对线节距最小为11 mm，成缆节距最小为120 mm，该生产线的生产能力为每24小时40 km电缆。受限的原因是绞对机工作在小节距上。
　　STP电缆制造，绞对最小节距可加大，达到40 mm推荐成缆节距为80 mm而不是UTP生产中的120 mm。成缆节距更短有助于改善绞对线的屏蔽。该生产线的生产能力近似达到每24小时60 km。受限的原因来自单节距收线架。
　　一步制造法提高了效率。一名操作员可以容易地控制两条这样的生产线。此外绞对线放线盘的中间保存也省地方。

7　一步法与两步法的比较
　　表5比较了两种方法的生产能力和相对投资额。

表5
　　对于两种方式，就相对生产能力水平和设备投资额进行比较。

一步法
　一步生产线km/24h电缆设备投资总计
UTP140100
S-STP160100
两步法
　水平绞对
生产线		成缆线Km/24h缆设备投资
总计
UTP4185283
S-STP2185188
　　以一步法制造每公里UTP电缆设备投资额为基础，计算其它相应产品的投资额比率可以得到下面结果：
　　一步生产法：UTP=1；S/STP==0.7
　　两步骤生产法：UTP=1.3；S/STP=0.9
　　所以，就分期偿还投资而言，一步法无论制造那种电缆都具有优势。
　　表6简要说明了这两种方法各自优点。

表6
　　效益概要：一步法和两步法

一步法
一步法
绞对线的中间存储被省去了。这就是说，对于降低设备投资而言，可以获得额外的节约。
绞对和成缆进行串联布置可以节约劳动力。
一步法对UTP和STP都提供同样好的效率。
由于4对屏蔽绞对线的屏蔽包带节距相同（等于绞缆节距），对于所有绞对线的压缩量相等的控制是容易的。

两步法

绞对必要时，可以进行绞对线退扭。
简单的单线生产途径使放线张力控制得更好。
对于屏蔽电缆，由于屏蔽包带节距更短，等于绞对节距，线对可以获得更好的几何稳定性。
这种方法使屏蔽包带可以设计得更柔软；线对可以包上的屏蔽带不止一条。
若需要，可以制造星绞LAN电缆（中国不推荐）。
通过小改进，可以利用现有的常规的水平绞对生产线。
成缆绞对线进行退扭是可能的，它改善了几何稳定性。
在整个成缆过程中，绞对线的张力始终相等。
8　结 论
　　要知道，电缆制造商的目的是获取商业利润，建议应选择最合适的制造系统。在选择电缆设备时最重要的决定是选择生产灵活多样的产品还是特定产品。
　　很明显，一个单位愿意购买哪类设备的判断标准，决定于他生产哪种型号的产品。如果一个公司打算在将来生产更先进的局域网电缆（超5类或6类），并打算使电缆性能达到1 Gbit/s，就应该选择具有灵活多样生产能力的系统如两步法生产线。
　　但另一个公司可能决定专门生产已设计定型的局域网电缆，认为该产品目前仍有很好的市场。该公司可能将放弃多样化的工艺路线。因此，更为专业更有效率的设备才能满足他们的需要。沿这个思路，一步法更具有吸引力。
　
--勤正机械--
 
feiminyiyi --- 2015-01-22 09:18:53

2

顶个
-- 结束 --