Файл: А. У. Загиров Н. И. Юмагулов 2017 г.pdf

Министерство образования и науки Российской Федерации
Филиал Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования
«Южно-Уральский государственный университет»
(национальный исследовательский университет) в г. Нижневартовске
Кафедра «Информатика»
РАБОТА ПРОВЕРЕНА
ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ
РЕЦЕНЗЕНТ
И.о.зав.кафедрой «Информатика»
Генеральный директор к.т.н, доцент
/А.У.Загиров
/ Н.И.Юмагулов
«_ »
2017 г
«_ »
2017 г.
Разработка структурированной кабельной системы (СКС)
предприятия
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ
ЮУрГУ-09.03.01.2017.058.ПЗ ВКР
Консультанты
Экономическая часть
Руководитель работы к.э.н., доцент к.т.н., доцент
/А.В.Прокопьев
_
/ Н.И.Юмагулов
/
«
»_
2017г.
«
»_
2017 г.
Безопасность жизнедеятельности
Автор работы к.т.н., доцент обучающийся группы
НвФл-528
/ Н.И.Юмагулов
/ А.В. Седышев
/
«
»
2017г.
«
»
2017г.
Нормоконтролер старший преподаватель
/Л.Н. Буйлушкина/
«_ »
2017г.
Нижневартовск 2017

АННОТАЦИЯ
Седышев А.В. Разработка структурированной кабельной системы (СКС) предприятия -
Нижневартовск: филиал
ЮУрГУ,
Информатика: 2017, 79 с., 13 ил., 18 табл., библиогр. список – 21 наим., 1 прил.
Данная выпускная квалификационная работа является научно- исследовательской и представляет собой описание разработки структурированной кабельной системы (далее – СКС) предприятия.
Представлен анализ предметной области. Проведен литературный обзор.
Разработан алгоритм проектирования СКС предприятия на основе протокола BACnet в административном здании.
Целью работы является создание СКС для дальнейшего применения – внедрения на предприятие.
В данной работе рассмотрены вопросы экономической эффективности и безопасности жизнедеятельности.
09.03.01.2017.058.ПЗ
Изм Лист
№
докум.
Подпись
Дата
Разработа
Седышев А.В.
Разработка структурированной кабельной системы (СКС) предприятия
Лит.
Провери
л
ЮмагуловН.И.
21 6
79
Рецензент
ЗагировА.У.
Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ
(НИУ)» в г. Нижневартовске кафедра «Информатика»
Н.контр
БуйлушкинаЛ.Н.
Утвердил
Юмагулов Н.И.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................... 9 1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ........................................................................... 11 1.1 Определение структурированной кабельной системы ..................... 11 1.2 Преимущества структурированных кабельных сетей ...................... 11 1.3 Международные стандарты и классификация сетей ........................ 12 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ ............. 16 2.1 Структура СКС ..................................................................................... 16 2.2 Общая структура структурированной кабельной системы .............. 18 2.3 Интерфейс и объекты протокола СКС ............................................... 20 2.4 Топология СКС ..................................................................................... 27 2.5 Подсистемы ............................................................................................ 29 2.6 Управление СКС и настройка сетевого оборудования ...................... 43 2.7 Защита от некорректной коммутации в СКС .................................... 47 2.8 Выбор принципов эксплуатации и техническое обслуживание ...... 48 3 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ................................. 53 3.1 Оценка экономического эффекта от внедрения проекта ................... 53 3.2 Расчет затрат на разработку проекта .................................................. 56 3.3 Оценка стоимости внедрения проекта ................................................ 59 3.4 Основные технико-экономические показатели проекта .................. 62 4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ .............................................. 64 4.1 Анализ потенциально опасных и вредных факторов производственной среды в области телекоммуникаций .......................................................... 64 4.2 Требования к охране труда при организации рабочего места работника сферы телекоммуникаций ........................................................ 64 4.3 Обеспечение нормативных показателей микроклимата, чистоты воздуха, освещения, меры и средства защиты сотрудников от поражения электрическим током… .................................................................................. 66 09.03.01.2017.058.ПЗ
Лист
7
Изм Лис
№ докум. Подпи Дат

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………….
75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК… ....................................................... 77
ПРИЛОЖЕНИЯ
79
ПРИЛОЖЕНИЕ А. КОМПАКТ-ДИСК ...............................................79 09.03.01.2017.058.ПЗ
Лист
8
Изм Лис
№ докум. Подпи Дат

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Структурированная кабельная система (далее – CКC) – физическая основа инфраструктуры здания, позволяющая свести в единую систему множество сетевых информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т.д. Как правило, эти сервисы рассматриваются в рамках определенных служб предприятия.
Структурированная кабельная системы на основе протокола BACnet - это гораздо больше, чем просто кабели или соединение воедино всех компонентов системы. Разнообразные технологии, архитектуры и приложения, голосовые, информационные данные, передача видео изображений и контрольных сигналов, системы контроля доступа, сигнализации, видеонаблюдения - все должно совмещаться и действовать как единое целое.
СКС - единая инженерная инфраструктура здания, благодаря которой возможно создание интегрированной системы, полностью прозрачной для пользователей и не зависящей от используемых приложений.
Ценность и актуальность структурированной системы заключается в том, что она обеспечивает универсальный, независимый сервис и подключение любого стандартного оборудования, работу любого стандартного приложения.
На базе СКС возможна реализация разнообразных нестандартных приложений с помощью применения специальных устройств - адаптеров, конверторов, разветвителей и подобных им устройств.
В данной работе рассматриваются все этапы проектирования структурированной кабельной системы в административном здании предприятия на основе протокола BACnet, главная цель которого - стандартизировать взаимодействие между устройствами систем автоматизации зданий от различных производителей, позволяя вести обмен информацией и совместную работу оборудования.
09.03.01.2017.058.ПЗ
Лис
9

Исходя из выше сказанного, была сформулирована тема выпускной квалификационной работы (далее – ВКР) «Разработка структурированной кабельной системы предприятия».
Целью ВКР является разработка структурированной кабельной системы предприятия для последующего внедрения.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Провести анализ предмета исследования.
2. Изучить теоретические основы, необходимые для разработки СКС.
3. Разработать систему в соответствии с международным стандартам и обеспечить передачу всех видов информации с учетом перспектив развития современных информационных технологий, а также возможность взаимодействия между устройствами различных производителей.
4. Произвести расчет экономической эффективности исследуемой работы.
5. Рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности и охраны труда.
Объектом является административное-офисное здание.
Предметом является процесс создания структурированной кабельной системы для автоматизации управления и передачи всех видов информации.
Практическая значимость заключается в том, что разработанная СКС может быть внедрена и использоваться в инфраструктуре здания как полноценная система, которая будет удовлетворять всем потребностям пользователей и иметь все преимущества в эксплуатации, построении и внедрении по сравнению с обычными кабельными системами.
09.03.01.2017.058.ПЗ
Лис
10

1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Определение структурированной кабельной системы
Структурированной кабельной системой называется кабельная система:
1) имеющая стандартизованную структуру и топологию;
2) использующая стандартизованные элементы (кабели, разъемы, коммутационные устройства и т.п.);
3) обеспечивающая стандартизованные параметры (скорость передачи данных, затухание и прочее);
4) управляемая (администрируемая) стандартизованным образом.
Отметим, что термин «стандартизованный» не означает здесь
«одинаковый», а определяет лишь, что все различные СКС строятся по одинаковым принципам и правилам и в соответствии с национальными и международными стандартами в области информационных технологий.
Кабельную систему, не обладающую хотя бы одним из перечисленных свойств, называют исключительной кабельной системой.
1.2 Преимущества структурированных кабельных сетей
СКС, построенная на базе протокола BACnet, обладает рядом преимуществ перед обычными кабельными системами:
1) Надежность СКС. Все кабельные линии в СКС отвечают требованиям стандартов и имеют запас прочности по техническим характеристикам за счет использования качественных компонентов, что позволяет конечным пользователям эксплуатировать структурированную кабельную систему свыше
10-ти лет.
2) Простота использования. Технические специалисты быстро и без проблем осваивают работу с СКС, так как все структурированные кабельные системы строятся на основе правил и требований стандартов, с определенным
09.03.01.2017.058.ПЗ
Лис
11

типом архитектуры и структуры. Разобраться в кабельной системе, которая построена как любителями бывает очень сложно, а иногда и невозможно.
3) Простота обслуживания СКС. Обслуживание структурированной кабельной системы гораздо проще осуществлять, чем обслуживание нескольких кабельных систем на объекте или нестандартной кабельной системы.
Управление и администрирование СКС осуществляется меньшим количеством технического персонала.
4) Запас и избыточность. СКС имеет запас и избыток на перспективу развития и использования кабельных линий в будущем: телекоммуникационные розетки устанавливаются с учетом того, что в рабочих помещениях возможна перестановка мебели, возможно создание новых рабочих мест и подключение дополнительного оборудования.
5) Гибкость. Гибкость в СКС осуществляется за счет разделения кабельной сети на подсистемы, создании фиксированной части кабельных линий, которые остаются неизменными на протяжении всего срока эксплуатации
СКС и использования шнуров и перемычек для осуществления процесса коммутации.
6) Совокупная стоимость владения СКС. Совокупная стоимость владения
СКС на порядок ниже по сравнению с другими системами, так как структурированная кабельная система, построенная по всем правилам и требованиям, имеет продолжительный срок службы и эксплуатации без привлечения каких-либо дополнительных финансовых вложений в течение 10 и более лет.
1.3 Международные стандарты и классификация сетей
В 1995 году ISO и IEC, выпустили стандарт, полное наименование которого: International Standard ISO/IEC JTC1/SC25/WG3/11801 «Information
Technology - Generic Cabling for Customer Premises» («Информационная
09.03.01.2017.058.ПЗ
Лис
12

технология – Универсальная Кабельная Система для зданий и территории заказчика»).
Стандарт обеспечивает:
1) пользователей - независимой от применений универсальной кабельной системой и открытым рынком ее компонент;
2) пользователей - гибкой кабельной схемой, так что модификации ее легки и экономичны;
3) строителей-профессионалов
- руководством, позволяющим приспособить здание к кабелям еще до того, как станут известны специфические требования;
4) стандартизаторов в промышленности и применениях - кабельной системой, которая поддерживает выпускаемые изделия и обеспечивает основу для разработки будущих изделий.
Стандарт ISO/IEC 11801:1995 (Е) определяет универсальную кабельную систему для использования внутри коммерческих территорий, которые могут содержать одно или несколько строений на участке.
Стандарт оптимален для участков, имеющих географический размах до
3000 м, офисную площадь - до 1 000 000 кв.м. и «население» - от 50 до 50 000 чел. Рекомендуется, чтобы принципы этого стандарта применялись к инсталляциям, не выпадающим из этих рамок.
Структурированная кабельная система, определенная этим стандартом, поддерживает широкий диапазон систем, обрабатывающих голос, цифровые данные, текст, изображение и видеоинформацию [4].
Протокол BACnet стал международным стандартом ISO 16484-5.
Голосование в ISO завершило важный этап совместной работы ASHRAE
(разработчика BACnet) и технического комитета 205 (Building Environment
Design) Международной организации по стандартизации (ISO). За принятие
BACnet в качестве стандарта голосовали 20 стран, включая Россию, причем голосовавших против - не было.
09.03.01.2017.058.ПЗ
Лис
13

Тем самым согласно процедуре для стандарта ISO 16484-5 будет пропущен этап «окончательный проект» («Final Draft International Standard») и он сразу перейдет к этапу публикации. Благодаря новому стандарту ожидается сильнейший толчок развитию рынка систем автоматизации зданий, поскольку протокол будет способствовать удешевлению и интеграции систем.
Определено 5 классов прикладных систем:
1) класс A (пропускает сигнал до 100 кГц) – системы для работы в речевом диапазоне и низкочастотной передачи;
2) класс B (пропускает сигнал до 1 МГц) – системы для среднечастотной передачи;
3) класс С (пропускает сигнал до 16 МГц) – системы для высокочастотной передачи;
4) класс D (пропускает сигнал до 100 МГц) – системы для сверхвысокочастотной передачи;
5) класс оптики – системы для высокочастотной и сверхвысокочастотной передачи. Широта полосы пропускания этих систем не является ограничивающим фактором.
Характеристики медных кабелей, входящих в классы A, B, C и D, специфицируются так, чтобы они удовлетворяли минимальным требованиям соответствующего класса приложений. Кабель конкретного класса всегда поддерживает приложения более низкого класса. Класс А считается наинизшим.
Параметры оптических кабелей специфицируются отдельно для одномодового и многомодового волокна. Классы C и D соответствуют полной реализации характеристик горизонтальной подсистемы, изготовленной из кабелей 3 и 5 категорий соответственно. Допустимые длины каналов для разных кабельных сред и классов кабельных систем приведены в таблице 1.1.
В 100 метров длины включается длина гибких кабелей для кроссовых перемычек, подсоединения оборудования, и кабелей рабочего места. Когда требуются кабели горизонтальной системы длиной более 100 м, должны рассматриваться требования стандартов на прикладную систему. 3000 м - это
09.03.01.2017.058.ПЗ
Лис
14

ограничение, связанное с областью действия стандарта, а не характеристиками кабеля.
Таблица 1.1 – Допустимые длины каналов для разных кабельных сред и классов кабельных систем
Вывод по разделу один:
В данном разделе были рассмотрены основные определения структурированной кабельной системы, ее преимущества в эксплуатации, построении и внедрении по сравнению с обычными кабельными системами.
Рассмотрены международные стандарты и классификация сетей.
09.03.01.2017.058.ПЗ
Лис
15
Среда распространения сигнала
Максимальная длина канала, м
A
B
C
D
Оптика
Сбалансированный кабель категории 3 2000 200 100 (1)
-
-
Сбалансированный кабель категории 5 3000 260 160 (2)
100 (1)
-
Сбалансированный кабель, 150 ом
3000 400 250 (2)
150 (2)
-
Многомодовое волокно
-
-
-
-
2000
Одномодовое волокно
-
-
-
-
3000 (3)

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Структура СКС
Основная цель выпускной квалификационной работы – составить СКС на основе протокола BACnet для административного здания. Данная СКС должна соответствовать принятым международным стандартам (ANSI/TIA/EIA-568-A,
ISO/IEC11801 и ISO16484-5), и обеспечивать передачу всех видов информации
(данные, голос, видео и т.д.) с учетом перспектив развития современных информационных технологий. Кроме того СКС должна обеспечить интеграцию и работоспособность всех элементов и систем.
В частности, на базе СКС развернута компьютерная и телефонная сети, охранная и пожарная сигнализации, системы оповещения, видеонаблюдения, контроля доступа, бесперебойного питания, функционирующие согласно протоколу BACnet.
СКС устанавливается в небольшом офисном здании с размерами в плане
10х20м. Высота этажа составляет 3м. Толщина межэтажного перекрытия составляет 20 см. Во всех помещениях здания имеется подвесной потолок с высотой свободного пространства 30 см. Стены помещений изготовлены из обычного кирпича и покрыты штукатуркой, толщина которой составляет 1 см.
В ходе работы рассмотрено несколько вариантов архитектуры структурированной кабельной системы, и выбран вариант оптимальный по стоимости и наиболее удобный с точки зрения последующего администрирования.
Произведен выбор оборудования, расходных материалов а также экономический расчет и обоснование всей работы.
Созданная СКС обеспечивает функционирование ЛВС и телефонной сети здания, то есть на каждом рабочем месте монтируется информационная розетка с двумя розеточными модулями. Подсистема рабочего места состоит из
09.03.01.2017.058.ПЗ
Лис
16