2号教学楼综合布线中心机房系统设计及机械手

1、2号教学楼综合布线中心机房系统设计及机械手 信息与电气工程学院 课程设计说明书 （2014/2015学年第1学期）课程名称：综合布线及楼宇监控系统工程设计题目：2号教学楼综合布线中心机房子系专业班级：学生姓名： 学号： 刘增环、 指导教师：设计周数： 设计成绩： 目录 课程设计一：2号教学楼综合布线中心机房子系统设计.4一设计概况.4系统组成.4课程设计的目的.4课程设计的任务.5课程设计的要求.5课程设计的原则.5二综合布线设计步骤.6号建筑物的实地测量.6利用AUTOCAD进行综合布线平面图绘图.6信息点的安放和走线.6布线材料的预算.6三课程设计中系统的详细设计.7传输介质选择.7工作区

2、子系统的设计.7水平子系统的设计.7其各楼层的信息点数量统计表（没有考虑余量的情况下）.8对该各楼层的具体分析.8管理区子系统的设计.9干线子系统的设计.9设备间子系统的设计.10中心机房的位置选择.11电气保护.11四工程造价的预算.12课程设计一参考文献.12课程设计二：机械手搬运单元控制组态.13一课程设计的概述.13课程设计的目的.13课程设计的任务.13课程设计的要求.14二系统设计.14系统分析.14系统的技术要求.14下位机的程序设计.14下位机内存变量分配表.14机械手搬运单元控制系统图如下图：.15机械手搬运单元下位机控制程序.15上位机的程序设计.15设计思路：.15上位机

3、变量分配表.16监控界面状态.16 2监控组态程序清单.18课程设计二参考文献.21课程设计总结.21 3 课程设计一：2号教学楼综合布线中心机房子系统设计 一设计概况系统组成 综合布线系统（GCS）集成了教学楼建筑物内所有弱电布线，当使用综合布线系统时，计算机系统、用户交换机系统以及局域网络系统的配线1，是使用一套由公共配件所组成的配线系统综合在一起。综合布线系统可兼容各个不同厂家的语音、数据、图像设备；其开放的结构可以作为各种不同工业标准的基准，不再需要为不同的设备准备不同的配线零件以及复杂的线路标志与管理线路图表。GCS使得配线系统将具有更大的适用性、灵活性，可以利用最低的成本在最小的干

4、扰下，进行工作地点上的终端设备的重新安排与规划。 根据国际电子工业协会(EIA)和国际电信工业协会(TIA)制定的结构化布线系统标准(EIA/TIA568A)，及中国工程建设标准化协会制定的标准建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范，结构化布线系统由工作区子系统、配线(水平)子系统、干线(垂直)子系统、设备子系统、管理子系统、建筑群子系统、进线间子 系统七个子系统组成。其构成图如下图： 图1：结构化布线系统图 本设计中的2号教学楼由于属于旧楼改造且规模一般，该系统只包含了工作区子系统、配线(水平)子系统、干线(垂直)子系统、设备子系统、管理子系统。课程设计的目的 课程设计是对课程理论和课程实验的

5、综合和补充。它主要培养学生综合运用 4 已学过的理论和技能去分析和解决实际问题的能力，对加深课程理论的理解和应用具有重要意义。 本课程设计通过综合利用所学综合布线知识完成一项综合布线工程的设计任务，研究确定实施方案并进行部分工程的实施，从而加深对弱电系统与综合布线的原则和特点，掌握知识与实际相结合，培养学生综合运用理论知识和专业知识去解决实际工程设计问题的能力2。课程设计的任务 根据2号教学楼的具体结构，依据使用要求。确定中心机房的位置和信息网络的拓扑结构，对中心机房和主干线网络的主要设备进行选型，依据设定的信息点的数目，计算出所用线缆的数量，进行本部分的工程造价，使用CAD绘制出相关的图纸。

6、利用实验室的现有设备进行系统的模拟实验。课程设计的要求 （1）设计应符合EIA/TLA-568民用建筑线缆标准3和IS0/IE011801国际标准； （2）整个网络规划应符合实际的情况，拓扑结构合理、科学、具有先进技术； （3）与学校校园网的接入方式要合理， 接入方式要符合电信科的要求； （4）与各个水平子系统的连接方式要合理；课程设计的原则 在综合布线系统的设计中应遵循以下几个需求和原则： （1）实用性：布线系统能在现在和将来适应技术的发展，能实现数据和语音通信。 （2）灵活性：布线系统能满足灵活通用的要求。任何一个信息插口，均能连接不同的设备，如计算机，终端， 机，和 。并可连接不同类型的

7、局域网。（如：TOKENRING网，ETHERNET网等）。也可连接计算机终端设备实现异步通信。所有这些不同类型的连接方法均可通过在管理子系统中更改跳线来方便地实现。 （3）模块化：布线系统中，除固定于建筑物中的线缆外，其余所有接插件均是模块化的标准件。 （4）扩充性：布线系统是要能扩充的，以便将来要扩展时，可以方便地将设备扩充进去。 5 （5）可靠性：该布线系统具有15-20年的使用寿命。 （6）标准化：该布线系统的设计采用的是成熟的国际、国内标准、规范或工业标准等。 二综合布线设计步骤号建筑物的实地测量 设计的开始先进行建筑物的实地考察，对大概的布局进行观察并做出配线设备、中心机房等的位置

8、和数量的记录，再对建筑物的外围进行尺寸的测量和记录。完成后，对各个楼层的房间尺寸、门的大小进行测量，记录相应的门牌号和其功能，根据其功能为下一步的信息点安排做好准备，并对各个子系统进行设计。利用AUTOCAD进行综合布线平面图绘图 利用所学过的AUTOCAD对2号教学楼（一至五层）进行综合布线平面绘图，主要反映各配线架的连接。其综合布线平面图如下： 图2：2号教学楼综合布线平面图信息点的安放和走线 考察完建筑物后，进行信息点的绘制、安放，根据用户需求和具体功能进行设计和安放，并选好配线间的位置，并进行布线的设计。布线材料的预算 进行完整个网络系统布线后，进行布线的计算和信息模块、 配线架的计算

9、等， 6 并进行工程造价。 三课程设计中系统的详细设计传输介质选择 在系统设计中首先要考虑的是选用哪一类传输介质。结构化综合布线系统中常用有四种传输介质可供选择4： （1）CAT.3(三类)非屏蔽双绞线 （2）五类（超五类）非屏蔽双绞线（或屏蔽双绞线） （3）(GigaSPEED)千兆比特（六类）4对非屏蔽双绞线 （4）光缆 根据2号教学楼的实际情况，采用星型拓扑的结构布线的方式。工作区子系统的设计 按照GB50311-2007国家标准规定，工作区是一个独立的需要设置终端设备的区域。工作区应由水平布线系统的信息插座延伸到终端设备处的连接电缆及适配器组成。 在施工设计时，应尽可能考虑用户对室内布

10、局的需要，同时也应考虑从信息墙座连接应用设备的方便和安全，信息插座与计算机设备的距离保持在5米范围内；本教学楼为办公和实验的场所，所以多采用墙上嵌入式安装型插座，使用标准的86型（86*86cm）墙盒，其信息插座设计在距离地面30cm以上；少数采用桌上型墙座时应考虑和办公桌、实验桌协调配合，同时更应考虑安装位置的安全性和可靠性；另外，在设计工作区的信息点的数量时应在需求的基础上再考虑一定的余量，以满足后续的需求。水平子系统的设计 水平（配线）子系统由信息插座、信息插座至机房配线设备的电缆、和跳线组成。信息插座均为RJ-45制式。每一条数据水平双绞线的长度均不应超过90米。水平双绞线布线从房间内

11、的信息点引出并布到机房的配线机柜内。整个布线为星型拓扑结构连接方式。该2号楼属于旧建筑物，其采用护壁板管道布线方式。为了保证系统的安全可靠性，所有的配线设备及网络设备必须置于中心机房的机柜内。 根据原则，水平子系统的设计为： （1）水平铜缆采用100的超五类非屏蔽阻燃双绞线。 （2）配线设备采用AMP的24口RJ-45配线架模块和24口RJ-45+AUI集线器。 7 （3）信息点插座模块采用AMP的超五类网络模块。（4）面板采用AMP的单/双孔86型面板。 （5）水晶头的线序采用T568B。（橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕）其各楼层的信息点数量统计表（没有考虑余量的情况下） 建筑物网络和信息点数量统

12、计表 房间或者区域编号 01、02楼层编号 数据点2 22 22 22 24 4 2 22 2 2 2 1 1 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 语音点 数据点2 2 2 2 2 2 3 3 2 2 语音点 数据点2 2 2 2 2 2 3 3 4 4 语音点 数据点2 2 3 3 2 2 2 2 4 4 语音点 数据点2 2 2 2 2 2 3 3 1 1 95 语音点 数据点2 2 2 2 2 2 1 1 23 2395 190 语音点 数据点2 2 2 2 1 1 21 21 语音点 数据点2 2 1 1 16 16 语音点 数据点1 1 18 18 语音点 03、04 0

13、5、06 07、08 09、10 11、12 13、14 15、16 17 数据点合计 语音点合计 信息点合计 05 17 17 04 03 02 01 合计 表1：2号教学楼各楼层的信息点数量统计表对该各楼层的具体分析 （1）2号教学楼一层：一个值班室、一个打印室、三个办公室、六个实验室，共配出四十六个信息点，考虑百分之三的余量时，共配出M=m+3%m=48（个），选用两个24口RJ-45配线架模块、两个24口RJ-45+AUI集线器一个48口的交换机。 （2）2号教学楼二层：一个实验室、十二个办公室，共配出四十二个信息 8 点，考虑百分之三的余量时，共配出M=m+3%m=44（个），选用两

14、个24口RJ-45配线架模块、两个24口RJ-45+AUI集线器和一个48口的交换机。 （3）2号教学楼三层：三个实验室、九个办公室，共配出三十二个信息点，考虑百分之三的余量时，共配出M=m+3%m=33（个），选用两个24口RJ-45配线架模块、两个24口RJ-45+AUI集线器和一个48口的交换机。 （4）2号教学楼四层：一个办公室、两个教研室、一个工程图书馆、五个实验室、九个办公室，共配出三十六个信息点，考虑百分之三的余量时，共配出M=m+3%m=38（个），选用两个24口RJ-45配线架模块、两个24口RJ-45+AUI集线器和一个48口的交换机。 （5）2号教学楼五层：一个办公室、九

15、个实验室，共配出三十四个信息点，考虑百分之三的余量时，共配出M=m+3%m=36（个），选用两个24口RJ-45配线架模块、两个24口RJ-45+AUI集线器和一个48口的交换机。 （6）综上述分析，考虑完余量之后的信息点总数为：48+44+33+38+36=199（个），因此进行水平线缆的计算： 经测量本教学楼东西长度为66m，离最远信息点距离为60m，离最近信息点距离为5m。 平均电缆走线长度：S=0.55*（60+5）（取42m）； 每箱可以拉线的根数：（取7根）； 因此，整座楼共五层，共需要199/7=28.4(取29)箱；管理区子系统的设计 管理间子系统设置在楼层配线房间，是水平系统

16、电缆端接的场所，也是主干系统电缆端接的场所。用户可以在管理间子系统中更改、增加、交接、扩展缆线。从而改变缆线路由。 该设计的2号教学楼属于旧楼改造，信息点密集，使用时间集中，楼道很长，每楼层均采取19寸壁挂式机柜直接明装在楼道，其面积设为。壁挂式机柜一般在楼道安装高度不小于米5。干线子系统的设计 垂直干线子系统由设备间子系统与管理间子系统的引入口之间的布线组成，采用大对数电缆或光缆。两端分别连接在设备间和楼层配线间的配线架上。它是建筑物内综合布线的主馈缆线，是楼层配线间与设备间之间垂直布放缆线的统称。 本设计的2号教学楼采用星型拓扑结构的布线方式，采用100大对数超五 9 类非屏蔽双绞电缆，每

17、层楼高4m，共需50m（包括端接容差和裕量，跳线）电缆，电缆井设在距离东门6m处，采用点对点端接，并配出200条电缆，干线电缆捆在支持用的钢绳上钢绳依靠墙上的金属条固定。设备间子系统的设计 设备间主要安装建筑配线设备(BD)。设备间内安装了计算机、计算机网络设备、 程控交换机、建筑物自动化控制设备等硬件设备。这些设备的运行需要相应的温度、湿度、供电、防尘等要求。 本设计2号教学楼的系统设计中采用19寸的安装机架，RJ-45配线模块、四十八口交换机和二十四口的集线器等。 （1）温湿度的选择 设备间可以通过安装降温或加温、加湿或除湿功能的空调设备来实现控制。选择空调设备时，北方地区要全面具有降温、

18、升温、除湿、加湿功能。根据设备间外围结构传热量，室内工作人员发热量，照明工具发热量，室外补充新风带入热量，按照总热量的倍作为空调负荷量，据此选择空调设备。 设备间的温湿度级别采用A级别A级（温度：夏季：22±4；冬季：18±4。湿度：40%65%）。 （2）尘埃的要求 设备间内的电子设备对尘埃要求较高，尘埃过高会影响设备的正常工作，降低设备的工作寿命。设备间的尘埃指标选择B级（B级：粒度；个数<18000）。 （3）照明的要求 为了方便工作人员在设备间内操作设备和维护相关综合布线器件，设备间内必须安装足够照明度的照明系统，并配置应急照明系统。 设备间内距地面处

19、，照明度不应低于200lx。 设备间配备的事故应急照明，在距地面处，照明度不应低于5lx。（4）噪声的要求 为了保证工作人员的身体健康，设备间内的噪声应小于70dB。 （5）供电系统 设备间供电电源：50Hz；220V/380V；相数：三相五线制或三相四线制/单相三线制。采用A级供电系统（电压变动：-5%+5%；频率变动：-0.2%+0.2% 波形失真率：<±5%），提供独立电源。 （6）设备间的设备管理 设备间内所有进出线装置或设备应采用不同色标，以区别各类用途的配线 10 区，方便线路的维护和管理。 （7）防火措施 从设备间的配电盘到各种设备的供电电缆，应为阻燃铜芯

20、屏蔽电缆，设备间应安装相应的消防系统，配备防火防盗门。对于A类安全设备间，其建筑物的耐火等级必须分别符合GB50045-2001中规定的一级耐火等级。设备间内应设置火灾报警装置。在机房内、工作房间、活动地板下、吊顶上方及易燃物附近都应设置感烟和感温探测器。 A类设备间还内设置二氧化碳自动灭火系统，并备有手提式二氧化碳灭火器。 （8）设备间的内部装饰 地面：为了方便敷设电缆线和电源线，设备间的地面最好采用抗静电活动地板，其接地电阻应在之间。具体要求应符合国家标准GB6650-86。 墙面：墙面应选择不易产生灰尘，也不易吸附灰尘的材料。目前大多数是在平滑的墙壁上涂阻燃漆，或在墙面上覆盖耐火的胶合板

21、。 顶棚：为了吸音及布置照明灯具，一般在设备间顶棚下加装一层吊顶。吊顶材料应满足防火要求。目前，我国大多数采用铝合金或轻钢做龙骨，安装吸音铝合金板、阻燃铝塑板、喷塑石英板等。中心机房的位置选择 结合实际情况，考虑用电缆的节约，把中心机房的位置设置在一楼119室。其设计要求均满足设备间选择的要求。电气保护 （1）过电压保护 综合布线的过电压保护可选用气体放电管保护器或固体保护器，并将它并联在被保护线路中。 （2）过电流保护 综合布线的过流保护宜选用自复位的过流保护器，并将它串联在被保护线路中。 11 四工程造价的预算 该工程的造价预算只针对一部分系统的设计，其统计表如下： 设备名称面板半盖盒墙盒

22、RJ-45插座模块 24口RJ-45配线架 24口RJ-45+AUI 集线器19寸安装机架电缆（箱）48口交换机 数量 199（取200199（取200398（取400199*3=597（取600）10+110+15+1295+1 单价（元） 总价（元） 工程总造价：101111（元） 表2：工程造价预算表 课程设计一参考文献 1韩宁，刘国林，综合布线北京：人民交通出版社2004 2黎连业，网络综合布线系统与施工技术第二版机械工业出版社20033宋建峰，综合布线工程实用设计施工手册中国建筑工业出版社20004向忠宏，综合布线产品与案例人民邮电出版社20035刘化君，综合布线系统机械工业出版社

23、12 课程设计二：机械手搬运单元控制组态 机械手在当今工业中有着举足轻重的作用,是工业生产的必然产物，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，是自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。因而广泛应

24、用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。通过机械手可以显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是行之有效的方法和途径。而监控组态软件则是通过力控软件实现对硬件设备（如PLC（可编程控制器）梯形图组态等）的控制，减小了系统开发难度，同时增加了相应工业系统设计的灵活性和全面性。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。 一课程设计的概述课程设计的目的 课程设计是学生完成本学期教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技

25、能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。 在本设计中利用S7-200系列PLC的各种基本指令进行编写程序，并能熟练掌握PLC编程软件的编程方法和程序调试方法；学会并使用下位机编写程序实现机械手的控制，并能利用上位机进行通讯连接实现实时监控。课程设计的任务 （1）了解机械手搬运单元的控制方法和控制要求； （2）确定监控系统的控制方案，利用组态软件编制上位机监控系统界面； （3）建立实时数据库，进行数据连接、数值标定和相应的编程；（4）编制

26、程序实现对机械手搬运单元的监控； 13课程设计的要求 （1）下位机与上位机都具有对机械手搬运单元启停控制功能； （2）上位机能够同步动画显示机械手搬运单元的动作过程； 二系统设计系统分析 将机械手的原点（即原始状态）定位左位，高位，放松状态。在原始状态下，按下“启动”按钮进入启动状态，工件开始右移，当机械手检测到下工作台有工件时，机械手将向下运动，下降到低位，然后锁紧夹爪；当工件被夹住后，机械手上升，到达高位后，手臂向右移动。当到达右侧后夹爪向下并释放工件，然后上升到高位左转回到原始位置，将控制权交给下一单元。当按下“复位”键时，机械手回复到原始状态。 其动作逻辑关系图如下： 原位下降夹紧上升

27、右移 （复位） 左移上升夹紧放松下降系统的技术要求 （1）机械夹爪上下运动 （2）传送带上的传感器检测到有工件到位且有信号产生时，机械手下降 （3）机械手臂左右摆动（180°） （4）只有当机械手臂下降到低端时才能作开合动作 （5）按下复位按钮时，整个状态恢复到初始状态 2.3下位机的程序设计下位机内存变量分配表序号 1 2名称启动/停止复位地址 表1：内存变量分配表注释开关按钮 14机械手搬运单元控制系统图如下图： 图1：机械手搬运单元控制系统图 机械手搬运单元下位机控制程序 图2：机械手搬运下位机控制程序图上位机的程序设计设计思路： （1）初始状态：机械手位于左侧，高位，放松。当

28、下方有工件时，机械手开始工作。 （2）工作状态：手动按下启动按钮，机械手上下移位，当检测到工件到位时进行工件的搬运。 （3）停止状态：手动按下停止按钮，机械臂和机械手将停止工作，并停留在上一刻所工作的位置。 （4）复位状态：手动按下复位按钮，工作状态将会到初始状态。 15上位机变量分配表 序号 12345678 变量qddwgj1jxsjxb 名称 序号 变量cntzy1down2up2jxb2gj2gj3fw 名称技术单元开始向右移右侧机械手下移右侧机械手上移右侧机械臂上下移位左侧工件的显隐状态右侧工件的显隐状态复位状态（数据库变量） 启动/停止（数据库变量）9工件是否到位工件右移位机械手移

29、位 左侧机械臂上下移位 down1左侧机械手下移up1zy 左侧机械手上移机械手右移 表2：上位机内存变量分配表监控界面状态 （1）初始状态时界面状态如图3所示： 图3：机械手搬运单元初始状态界面 （2）按下启动按钮时的工作界面状态如图46所示： 16 图4 ：机械手搬运单元启动状态界面 图5 ：机械手搬运单元启动状态界面 图6：机械手搬运单元启动状态界面 （3）按下复位按钮时的界面状态如图7所示： 17 图7：机械手搬运单元复位状态界面监控组态程序清单 （1）进入程序 qd.PV=0;/启动为1，反之为0 dw.PV=0;/工件到位为1，反之为0gj1.PV=0;/工件位移 jxs.PV=0

30、;/机械手位移 jxb.PV=0; down1.PV=0;/* up1.PV=0; zy.PV=0; cnt.PV=0;/计数单元，方便调试程序zy1.PV=0;/开始向右移动的标志(数字量*)down2.PV=0;/* up2.PV=0;/* jxb2.PV=0; gj2.PV=0;/左块显示（消失）的标志gj3.PV=1;/右块消失（显示）的标志fw.PV=0;/复位 （2）程序运行周期执行 (a)启动，工件右移且被机械手检测到位IFqd.PV=1;THEN gj1.PV=gj1.PV+10; ENDIF 18 IFgj1.PV=100;THEN dw.pv=1; down1.PV=1;

31、ENDIF (b)机械手检测到工件下降 IF(down1.PV=1)&&(qd.PV=1);THEN jxs.PV=jxs.PV+20; jxb.PV=jxb.PV+20; ENDIF (c)机械手抓紧工件上升 IF(jxb.PV=100)&&(qd.PV=1)&&(down1.PV=1);THENup1.PV=1; down1.PV=0; dw.pv=0; gj2.PV=1; ENDIF IF(up1.PV=1)&&(qd.PV=1);THEN jxb.PV=jxb.PV-20; jxs.PV=jxs.PV-20; cnt.PV=cnt.PV+1; ENDIF (d)机械手抓紧工件右移 IF(cnt.PV=6)&&am