Проектирование структурированной кабельной системы для интеллектуального здания

РЕФЕРАТ

 

    Тема диплома: «Проектирование  структурированной кабельной системы  для интеллектуального здания».

 

    Дипломный проект содержит 121 страницу, из них 9 рисунков, 23 таблицы, 11 приложений, 16 используемых источников.

 

    Ключевые слова: структурированная кабельная система (СКС), локальная вычислительная сеть (ЛВС), телефонная сеть, международный стандарт ISO/IEC 11801 «Информационная технология – универсальная кабельная система для здания и территории заказчика», кабель типа неэкранированная витая пара UTP категории 5е, абонентский порт RJ45 категории 5е, интеллектуальное здание (ИЗ), комплекс сложных инженерно-технических систем безопасности-жизнеобеспечения-информатизации (КСБЖИ), автоматизированная система управления (АСУ) зданием.

 

    В рамках дипломного  проекта представлен проект структурированной кабельной системы жилого семиэтажного дома со встроенными офисными помещениями и встроено-пристроенной подземной автостоянкой; на базе СКС реализована локальная вычислительная и телефонная сети.

    В главе 1 приведены  общие сведения о СКС. 

В главе 2 поставлены общие цели и  приведены общие требования к  СКС и к проекту.

В главе 3 описаны подсистемы  проектируемой  СКС, способ ее администрирования и  маркировки элементов.

Глава 4 посвящена понятию «интеллектуальное  здание», описанию его кабельной  структуры, стандартизации, а также  в ней приведены основные технологии и процессы, требуемые для создания проекта интеллектуального здания.

В главе 5 разработаны мероприятия  по охране труда и безопасности жизнедеятельности. 

В главе 6 рассчитаны технико-экономические  показатели проекта.

СОДЕРЖАНИЕ

 

|Реферат ……………        |4          |

|Содержание ………………………             |5          |

|Введение ……………………                                |7          |

|1. Общие сведения о структурированных  кабельных системах ……         |9          |

|1.1. Возникновение СКС …………                                                                 |9          |

|1.2. Определение СКС …………                           |12         |

|1.3. Развитие стандартов СКС  ………                  |14         |

|1.4. Преимущества СКС над традиционными  и обычными кабельными системами  |25         |

|1.5. Структура СКС ……  |26         |

|2. Техническое задание на проектирование  СКС …… |34         |

|2.1. Общие цели …                                 |34         |

|2.2. Требования к СКС ………………………          |34         |

|2.3. Требования к содержанию  проекта ………… |36         |

|3. Проект СКС ……………………                        |37         |

|3.1. Подсистемы СКС ………………                   |37         |

|3.1.1. Подсистема рабочего места  ……………  |37         |

|3.1.2. Горизонтальная подсистема ……             |39         |

|3.1.3. Вертикальная подсистема ……………    |41         |

|3.1.4. Подсистема кабелей оборудования …     |42         |

|3.1.5. Административная подсистема ………    |43         |

|3.2. Администрирование сети СКС ………  |45         |

|3.3. Система маркировки элементов  кабельной системы …… |46         |

|4. Общие сведения об интеллектуальном  здании ……               |47         |

|4.1. Определение ИЗ …………………………………                   |47         |

|4.2. Комплекс систем безопасности-жизнеобеспечения-информатизации  ИЗ, интеграция и управление                                                                                             |49         |

|4.3. Описание кабельной структуры  ИЗ ………                               |51         |

|4.4. Развитие стандартов ИЗ ………………………                              |57         |

|4.5. Основные элементы ИЗ ………………………………                   |62         |

|4.5.1. Комплекс систем безопасности  ……………………                     |62         |

|4.5.2. Комплекс систем жизнеобеспечения  ………………                   |64         |

|4.5.3. Комплекс систем информатизации  …………………                 |65         |

|4.5.4. Центральная станция мониторинга и управления …………… |66         |

|4.6. Технологии и процессы, требуемые  для создания проекта ИЗ ……      |68         |

|5. Мероприятия по безопасности  жизнедеятельности …………            |74         |

|5.1. Анализ характеристик объекта  проектирования и трудовой  деятельности |74         |

|5.2. Мероприятия по эргономическому  обеспечению                                   |79         |

|5.2.1. Эргономические решения по  организации рабочего места пользователей  ПЭВМ |79         |

|5.2.2. Освещенность ………………                                       |83         |

|5.2.3. Защита от шума ……………………………               |84         |

|5.2.4. Обеспечение режимов труда  и отдыха ……              |85         |

|5.3. Мероприятия по технике безопасности……………     |86         |

|5.4. Мероприятия по пожарной  безопасности                        |88         |

|6. Технико-экономическое обоснование  проекта ………           |90         |

|6.1. Расчет капитальных вложений  в создание СКС ………  |90         |

|6.2. Расчет эксплуатационных расходов  …………………… |96         |

|6.3. Расчет затрат на альтернативный  вариант реализации проекта …..  |99         |

|6.3.1. Расчет капитальных вложений  в создание распределительной  телефонной сети    |99         |

|6.3.2. Расчет эксплуатационных расходов  на создание распределительной  телефонной сети  |101

|6.3.3. Расчет капитальных вложений  в создание ЛВС ……                                 |102        |

|6.3.2. Расчет эксплуатационных расходов  на создание ЛВС ……                    |104        |

|6.4. Сопоставление затрат ……………………………………………               |105        |

|6.5. Технико-экономические показатели  проекта ……………………             |107        |

|Заключение ……………………………………………………………               |109        |

|Список литературы …………………………………………………               |110        |

|Приложение 1. Структурная схема  СКС ……………………………       |111        |

|Приложение 2. План кабельных трасс  и расположения рабочих мест  на цокольном этаже  |112

|Приложение 3. План кабельных трасс  и расположения рабочих мест  на первом этаже     |113 |

|Приложение 4. План кабельных трасс  и расположения рабочих мест  на втором этаже    |114 |

|Приложение 5. План кабельных трасс  и расположения рабочих мест  на третьем этаже  |115 |

|Приложение 6. План кабельных трасс  и расположения рабочих мест  на четвертом этаже  |116   |

|Приложение 7. План кабельных трасс  и расположения рабочих мест  на пятом этаже  |117  |

|Приложение 8. План кабельных трасс  и расположения рабочих мест  на шестом этаже  |118 |

|Приложение 9. План кабельных трасс  и расположения рабочих мест  на седьмом этаже   |119  |

|Приложение 10. Таблица разводки  абонентских патч-панелей в телекоммуникационном  шкафу А1

   |120 |

|Приложение 11. Таблица разводки абонентских патч-панелей в телекоммуникационных шкафах

А4 и А6        |121        |

 

 

   1. ВВЕДЕНИЕ

 

    Современное здание, в котором люди работают (т.е. здание министерства, учебного заведения, администрации завода, научного института, больницы и т. п.), буквально «опутано» кабелями разного вида и назначения. Во-первых, это – кабели для обеспечения здания электричеством и, во-вторых, - кабели для слаботочных телекоммуникационных инженерных систем здания: телефонной связи, охраны и сигнализации, ЛВС и т. п.

    Для обеспечения всех  инженерных телекоммуникационных  систем здания необходимыми кабелями  возможны два пути: первый –  для каждой системы проложить  по зданию свои кабели, а второй  – создать в здании единую  кабельную систему, которая, будучи  единственной, позволит обслуживать  активное оборудование всех инженерных  систем.

    Этот второй путь и  является сегодня предпочтительным  и наиболее распространенным. В  современных зданиях создаются  единые кабельные системы, которые  и составляют основу телекоммуникационной  инфраструктуры предприятия, фирмы,  учебного заведения или организации.  Этот процесс распространился  сегодня и на жилые здания.

    Естественное наличие  кабелей в любой инженерной  системе здания часто приводит  к тому, что специалисты никак  не могут «оторвать» в своих  представлениях кабели от своей  системы. Однако сегодня необходимо  понять, что кабельная система  здания не «принадлежит» ни  одной инженерной системе. Она  «принадлежит» зданию и территории  предприятия. Она позволяет соединять  между собой блоки практически  любых радиоэлектронных систем  и этим самым становится основой  всей телекоммуникационной инфраструктуры [1].

    В зданиях офисного  типа (бизнес-центры, банки, органы государственного управления и т. д.) кабельная разводка строится практически всегда исключительно в форме структурированных кабельных систем.

    Необходимость организации  сетей передачи информации становится  все более актуальной также  в зданиях неофисного назначения. В качестве типичных примеров  таких объектов недвижимости  отметим жилой сектор (начиная  от отдельной квартиры, коттеджа  и заканчивая микрорайоном в  городской черте или современным  поселком в загородной зоне), а  также больницы и гостиницы  в секторе общественных зданий. Возрастающая сложность слаботочной  кабельной разводки настоятельно  требует применения в таких  зданиях решений, базирующихся  на принципах структурированности  [2].

    В современном здании  можно насчитать десятки инженерных  систем. Это – телевидение (эфирное  и кабельное), ЛВС и телефония,  системы охраны и сигнализации, противопожарная система и много  других. Здание становится похожим  на авиалайнер или на морской  корабль, управление им требует  глубоких знаний и высокой  квалификации. Говорят, что современное  здание становится «интеллектуальным» [1].

    Инфраструктура интеллектуального  здания создается на базе структурированных  кабельных систем. При этом сначала  проектируется и строится СКС-здание, а затем на структурированную  кабельную систему замыкаются  необходимые функциональные системы.  Существует список потребностей  и пожеланий заказчика, и основной  задачей разработчика в этом  случае является интеграция этих  систем в единый «организм»  в соответствии с заданной  заказчиком моделью.

    Итак, интеллектуальное  здание должно интегрировать  достаточное количество сервисов, принадлежащих зданию. Вместе с  тем интеллектуальное здание  можно интерпретировать как «разумно  построенное». Это означает, что  здание должно быть спроектировано  так, что все сервисы могли  бы интегрироваться друг с  другом с минимальными затратами  (с точки зрения финансов, времени  и трудоемкости), а их обслуживание  было бы организовано оптимальным  образом [3].

 

   1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРУКТУРИРОВАННЫХ  КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

 

    1.1. Возникновение СКС

 

    Слаботочные кабельные  системы в зданиях стали переосмысливаться  специалистами в 80-х годах XX века, когда началось массовое  производство персональных компьютеров  и объединение их в локальные  вычислительные сети. К этому  моменту в промышленных зданиях  обычным было присутствие отдельных  кабельных проводок для телефонии,  телевидения и ряда других  специальных инженерных систем. Как правило, эти системы предъявляли  невысокие требования к электромагнитным  характеристикам линий и каналов  связи, организуемых с помощью  кабельной проводки. Появление быстродействующих  ЛВС потребовало и более быстродействующих  каналов связи, и возникшую  задачу самостоятельно решали  разработчики ЛВС, начиная от  выбора кабелей и их прокладки,  и заканчивая их терминированием  и измерениями.

    Поскольку ЛВС разрабатывали  и поставляли различные фирмы,  постольку кабельные части этих  ЛВС реализовывались по-разному,  хотя проблемы были общие и  одинаковые.

    ЛВС продолжали развиваться  и проблемы, связанные с совместимостью  аппаратуры и кабельных проводок, получаемых потребителями от  различных поставщиков, нарастали.

    Стало очевидно, что телекоммуникации  в зданиях должны выполняться  по единым требованиям, иметь  одинаковые средства коммутации  и подключения оборудования, обеспечивать  заранее известные параметры  среды передачи данных. Начала  формироваться концепция кабельной  системы, т. е. устройства, выполненного  из компонентов стандартизованного  ряда, построенного по модульному  принципу, обладающего заранее заданными  характеристиками, которые достаточны  для обеспечения работоспособности  телефонов, компьютеров и другой  радиоэлектронной аппаратуры, присоединенной  к этой кабельной системе [1].

    Идея создания структурированной  кабельной системы как основы  слаботочной кабельной разводки  здания была высказана специалистами  AT&T (ныне Lucent Technologies) в 1983 году. Первая  достаточно удачная попытка создания  универсальной кабельной системы  для построения офисных информационных  систем была предпринята корпорацией  IBM. В 80-е годы специалистами  этой компании на основе 2-парного  экранированного симметричного  кабеля с волновым сопротивлением 150 Ом была разработана система  IBM, предназначенная для обеспечения  функционирования сетей Token Ring, серверов  AS/400, терминалов 3270 и других аналогичных  устройств [2]. Эта система включала  в себя кабели, соединители кабелей,  распределительные панели и лицевые  платы. Впервые были классифицированы  кабели: их разделили на 9 типов  по назначению и конструкции  [1].    Функциональные возможности  системы были существенно расширены  введением в ее состав компонентов,  обеспечивающих передачу телефонных  сигналов.

    В силу ряда причин, основными из которых являются  высокая цена, низкая технологичность  монтажа, ориентированность в  основном на продукты IBM и трудности  интегрирования в современные  сетевые структуры, (не все производители  активного сетевого оборудования  гарантируют его нормальное функционирование  в среде с волновым сопротивлением 150 Ом; таким образом, кабельная  система IBM не обеспечивает полной  универсальности и независимости  от приложений), эта кабельная  система не получила широкого  распространения.

    В конце 80-х годов  разработчиками технологий передачи  данных по локальным сетям  прикладывались большие усилия  по повышению скоростей обмена, надежности, снижению стоимости  оборудования и расходов на  его эксплуатацию. Кабели на основе  витых пар ввиду их технологичности  при производстве и монтаже  были хорошим средством для  реализации каналов связи локальных  сетей. Однако отсутствие стандартов  на этот технический продукт  тормозило разработку перспективных  сетевых технологий, использующих  симметричные кабели как среду  передачи информации [2].

 

    1.2. Определение СКС

 

    Структурированной кабельной  системой называется кабельная  система, принцип построения которой  отвечает трем основным и нескольким  дополнительным признакам. К основным  признакам СКС относятся структуризация, универсальность и избыточность.

    Структуризация предполагает  разбиение кабельной проводки  и ее аксессуаров на отдельные  части или подсистемы, каждая  из которых выполняет строго  определенные функции и снабжена  стандартизованным интерфейсом  для связи с другими подсистемами  и сетевым оборудованием. В  состав любой подсистемы обязательно  включается развитый набор средств  переключения, что обеспечивает  высокий уровень гибкости и  позволяет создавать сложные  структуры с конфигурацией, легко  и быстро изменяемой и адаптируемой  под потребности конкретных приложений. При построении системы используется  обобщенный подход, без привязки  к какому-либо конкретному виду  кабеля или коммутационного оборудования. Это дает возможность безо  всяких сложностей на любом  уровне одинаково легко применять  как оптические, так и электрические  технологии передачи сигналов, выбор  которых целиком и полностью  определяется местными условиями  и стремлениями достичь максимальной  технико-экономической эффективности  конкретного проекта.

    Универсальность кабельной  системы проявляется в том,  что изначально она не строится  для обеспечения работы какой-либо  конкретной, пусть и весьма распространенной  сетевой технологии, а создается  на принципах открытой архитектуры  с набором основных технических  характеристик, заданных и зафиксированных  в стандартах. При этом в нормативных  документах задаются параметры  как электрических и оптических  кабельных трасс отдельных подсистем,  так и их интерфейсов. Это  обеспечивает возможность использования  кабельной системы для передачи  сигналов самых разнообразных  приложений и ведет к сокращению  количества типов кабелей до  двух — симметричного (из витых  пар) и волоконно-оптического.  Технический уровень элементной  базы, используемой для создания  СКС, задается стандартом с  таким расчетом, чтобы обеспечить  продолжительность эксплуатации  кабельной системы минимум в  10 лет.

    Коммутация отдельных  подсистем СКС друг с другом, а также с активным сетевым  оборудованием осуществляется с  помощью ограниченного набора  шнуров с универсальными разъемами,  что значительно упрощает и  процесс администрирования и адаптацию кабельной системы к различным приложениям.

    Под избыточностью понимается  введение в состав СКС дополнительных  информационных розеток, количество  и размещение которых определяются  площадью и топологией рабочих  помещений, а не планами размещения  сотрудников и расположения офисной  мебели. Это позволяет без каких-либо  проблем организовать новые рабочие  места, а также перемещать сотрудников  и оборудование. Применение принципа  избыточности обеспечивает возможность  очень быстрой адаптации кабельной  системы под конкретные производственные  потребности и позволяет не  останавливать работу офиса или  его подразделений при проведении  организационных и технических  изменений. Важность этого принципа  существенно возрастает вследствие  того, что продолжительность эксплуатации  СКС в несколько раз превышает  аналогичный показатель для остальных  компонентов информационной инфраструктуры  здания.

    Создание эффективной СКС и ее эксплуатация невозможны без выполнения ряда дополнительных условий. Так, СКС обязательно должна иметь:

    - каталог продукции;

    - нормы и методики  проектирования, позволяющие выполнять  требования действующих стандартов;

    - возможность управления (или администрирования) в соответствии  со стандартными процедурами;

    - систему подготовки  специалистов и обеспечения гарантии  производителя.

    Итак, применение СКС  позволяет:

    - при относительно высоких  начальных вложениях обеспечить  существенную экономию полных  затрат за счет длительного  срока эксплуатации и низких  эксплуатационных расходов;

    - поднять надежность  кабельной системы;

    - менять конфигурацию  и производить наращивание комплекса  информационно-вычислительных систем  офисного здания, не затрагивая  имеющуюся проводку;

    - одновременно использовать  различные сетевые протоколы  и сетевые архитектуры в одной  системе;

    - комбинировать в единую  систему оптические и электрические  тракты передачи сигналов;

    - устранить путаницу  проводов в кабельных трассах;

    - создать единую службу  эксплуатации;

    - обеспечить средой передачи  информации основную массу действующего  и перспективного сетевого оборудования  различных классов за счет  наличия стандартизованного интерфейса;

    - обеспечить за счет  принципа построения из отдельных  модулей быструю локализацию  неисправности, восстановление связи  или переход на резервные линии  [4].

 

    1.3. Развитие стандартов  СКС

 

    История стандартизации  СКС началась с выпуска в  июле 1991 году первого в США  национального стандарта EIA/TIA-568, который в октябре 1995г. был  заменен последующей редакцией: TIA/EIA-568-A «Commercial Building Telecommunications Cabling Standard»  («Стандарт на телекоммуникационную  кабельную систему коммерческого  здания»).

    Международная организация  по стандартизации (ISO) и Международная  электротехническая комиссия (IEC) также  выпускают в 1995 году международный  стандарт на СКС: ISO/IEC 11801 «Information technology – Generic cabling for customer premises» («Информационная  технология – универсальная кабельная  система для зданий и территории  заказчика»).

    В странах Европейского  Экономического Союза также в  1995 году Европейский комитет по  стандартизации в области электротехники  и электроники – CELENEC (фр. Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique) выпустил основополагающий  европейский стандарт: EN 50173 «Information technology – Generic cabling systems» («Информационная  технология – Структурированные  кабельные системы»).

    Как правило, стандарты  переиздаются через 5 лет, поглощая  все приложения, дополнения и  исправления, выпущенные до переиздания.

    По мере развития СКС  помимо основных вышеперечисленных  стандартов появились и отдельные  стандарты, относящиеся к другим  аспектам СКС: администрирование,  инсталляция, тестирование и др. Кроме того, появились дополнения, отражающие прогресс в этой  области.

    Однако в 2000 году ни  американские, ни европейские , ни международные стандарты не были изданы во вторых редакциях. Причиной этого послужило резкое увеличение быстродействия активного оборудования ЛВС, вплоть до частоты порядка 1 ГГц, которое предъявило к кабельной проводке и компонентам СКС новые требования и ужесточило требования к обычным, измерявшимся и ранее параметрам линий и каналов связи.

    В какой-то мере эти  проблемы были разрешены и  в течение 2001-2002 г. г. вышли  вторые редакции американских, европейских  и международных стандартов. Перечни  действующих сегодня стандартов, относящихся к СКС, приведены  в таблице 1.1 [1].

|Таблица 1.1.                                                                                                                                      |

|Кабельные стандарты СКС [5].                                                                                                                      |

|Международные стандарты:                                                                                                                          |

|Стандарт                                        |Название стандарта                              |Русский перевод                                 |

|ISO/IEC 11801 (1995)                            |Information technology - Generic cabling for    |Информационные технологии. Структурированная    |

|                                                |customer premises.                              |кабельная система для помещений заказчиков.     |

|ISO/IEC 11801 Amendment (2000)                  |Information Technology: Generic Cabling for     |Информационные технологии. Структурированная    |

|                                                |Customer Premises.                              |кабельная система для помещений заказчиков.     |

|                                                |                                                |Приложение.                                     |

|ISO/IEC 14763-1                                 |Implementation and Operation of Customer        |Создание и эксплуатация кабельных систем        |

|Standard                                        |Premises Cabling.Part 1: Administration.        |помещений заказчиков. Часть 1.                  |

|Подготовлен к публикации.                       |                                                |Администрирование.                              |

|ISO/IEC 14763-2                                 |Implementation and Operation of Customer        |Создание и эксплуатация кабельных систем        |

|Technical Report                                |Premises Cabling Part 2: Planning and           |помещений заказчиков. Часть 2. Планирование и   |

|Type 3.                                         |Installation.                                   |монтаж.                                         |

|Подготовлен к публикации.                       |                                                |                                                |

|ISO/IEC 14763-3                                 |Implementation and Operation of Customer        |Создание и эксплуатация кабельных систем        |

|Technical Report                                |Premises Cabling Part 3: Testing of optical     |помещений заказчиков. Часть 3. Измерения        |

|Type 3.                                         |fibre cabling.                                  |оптоволоконных кабелей.                         |

|Подготовлен к публикации.                       |                                                |                                                |

|ISO/IEC 11801                                   |Information Technology: Generic Cabling for     |Информационные технологии. Структурированная    |

|2nd Edition. Standard.                          |Customer Premises.                              |кабельная система для помещений  заказчиков. 2-е |

|Разрабатывается.                                |                                                |издание.                                        |

|ISO/IEC xx.                                     |Information Technology: Pathways and Spaces.    |Информационные технологии. Кабелепроводы и      |

|Standard.                                       |                                                |помещения.                                      |

|Разрабатывается.                                |                                                |                                                |

|ISO/IEC 15018.                                  |Integrated cabling for all services other than  |Интегрированные кабельные системы за исключением|

|Standard.                                       |mains power in homes, SOHO (Small Office, Home  |силовой проводки домов, малых офисов, домашних  |

|Разрабатывается.                                |Office), and buildings.                         |офисов (SOHO) и зданий.                         |

|ISO/IEC 14709-1 (1997)                          |Information Technology - Configuration of       |Информационные технологии. Подготовка помещений |

|                                                |Customer Premises Cabling (CPC) for applications|заказчиков для работы приложений. Часть 1.      |