Меню

Волоконно оптическое коммутационное оборудование



Волоконно-оптическое коммутационное оборудование и пэтч-корды

В волоконно-оптических линиях часто используются пэтч-панели и пэтч-корды в телекоммуникационных шкафах. По своей природе любое волоконно-оптическое межсоединение почти всегда является фактом коммутации, так как требуется поддержание непрерывности пути прохождения светового потока. Оптические кабели, приходящие от рабочих станций или из других телекоммуникационных шкафов, обычно терминируются в специальных боксах, позволяющих защитить оптическое волокно от случайных повреждений. Терминационные боксы могут служить и в качестве точек коммутации небольшого числа соединений, а для крупных систем применяются выделенные коммутационные кроссы, обслуживающие все входящие и выходящие волоконно-оптические кабели.

Оптические пэтч-панели, сконструированные в соответствии с требованиями стандарта TIA 568-А, используют точно такие же пассивные дуплексные адаптеры SC, которые применяются в телекоммуникационных розетках на рабочем месте. Волокна оптических кабелей терминируются непосредственно коннекторами SC (или другим типом) без прохождения через какое-либо промежуточное устройство, такое как, например, коммутационный блок в медном каблировании.

Волоконно-оптическая пэтч-панель состоит из матрицы дуплексных адаптеров SC или гибридных адаптеров. Если во всей системе, включая волоконно-оптические хабы, репитеры или сетевые адаптеры, используются рекомендуемые волоконные коннекторы SC, матрица адаптеров формируется из SC-адаптеров. Однако иногда требуется конвертирование соединений между различными типами коннекторов. Существуют сотни типов сетевого оборудования с волоконно-оптическими интерфейсами, использующими разнообразные типы коннекторов, такие, как, например, популярные коннекторы ST или SMA. На протяжении нескольких лет еще понадобится конверсия между различными типами коннекторов. В Приложении F стандарта TIA 568-А предписывается переход на систему коннекторов SC. Причиной выбора коннектора SC в качестве рекомендуемого стандартом послужила его прямоугольная конструкция, позволяющая осуществлять быстрое подключение и отключение и легкость компоновки поляризованных пар коннекторов (дуплексных коннекторов).

Для реализации перехода от другого типа коннектора на коннектор SC необходимо использовать гибридный адаптер или конвертирующий кабель. Гибридный адаптер является пассивным переходником, соединяющим два разнородных коннектора, а конвертирующий кабель просто имеет разные коннекторы, установленные на противоположных его концах. Другие типы коннекторов, как правило, не имеют интегрированного свойства поляризации, поэтому при коммутации приходится уделять внимание тому, какой из коннекторов в дуплексной линии должен подключаться к приемнику, а какой — к передатчику.

Эти пэтч-корды обычно изготавливаются из гибкого дуплексного волоконного кабеля, довольно часто носящего название «zip cord», так как они сходны по внешнему виду с бытовыми электрическими шнурами с таким же именем. Так как волокна всегда коммутируются парами, двухволоконная конструкция кабеля создана так, что кабель легко разделяется на две части.

Для соединения двух коннекторов SC в один модуль применяется дуплексный замок. Волоконные коннекторы, соединенные таким образом, ориентированы точно в соответствии с ориентацией адаптеров. Таким образом, коннекторы А и В будут однозначно вставлены в адаптер на свои места. Существует две ориентации коннекторов в волоконно-оптических пэтч-кордах — АВ и ВА. На самом деле, не имеет значения, какая ориентация используется на разных концах пэтч-корда при условии, что она реверсирована и полярность волокна меняется при переходе от одного конца к другому. Адаптеры и коннекторы могут иметь цветовую кодировку, например, красный или белый цвет, что помогает при монтаже и впоследствии при соединении. Стандарт TIA не определяет специальные цвета. Следует помнить, что позиции А и В не определяют направление распространения оптического сигнала, а просто служат маркировкой, подобной номерам коннекторов в обычном медном коннекторе. Принцип коммутации сегментов в оптической линии заключается в следующем — сколько бы ни было задействовано в линии кабельных сегментов, адаптеров и коннекторов, сигнал, начавший свое путешествии по линии с позиции А на одном конце, должен прийти в позицию В на другом. Это делается для создания переходов передатчик-приемник, обеспечивающих функционирование линии.

В данном разделе рассмотрены три основных типа «медных» кабельных коннекторов -модульные коннекторы, коаксиальные коннекторы и коннекторы IBM Data, — и волоконно-оптические коннекторы. Модульный коннектор является наиболее распространенным в современных телекоммуникационных системах вследствие растущего использования кабелей витая пара. Коаксиал в течение продолжительного времени использовался в традиционных системах Ethernet и Arcnet, но постепенно он исключается из большинства инсталляций. Коннектор IBM Data Connector является одним из основных компонентов в системах на основе ЭВП и специфицирован для применения стандартом TIA 568-А.

Основой информационной розетки является модульный разъем. Проводники, покрытые пленкой золота, обеспечивают стабильный, надежный электрический контакт с ламелями модульной вилки. Качество контакта также улучшается за счет механизма притирки проводников разъема и ламелей вилки во время ее вставления в разъем. Корпус розетки снабжен интегрированным замком, который после вставления вилки позволяет выдерживать значительные усилия растяжения на стыке розетка-вилка.

Модульный разъем в информационной розетке может быть двух видов — 6- или. 8-позиционным. Контакты во всех разъемах нумеруются слева направо по отношению к передней стороне разъема при ориентированном вниз ключе замка.

Модульные коннекторы, используемые в телекоммуникационных системах, аналогичны коннекторам, применяемым в кабельных системах телефонии. Коннектор существует в нескольких вариантах размеров и конфигураций контактов, начиная с четырех и заканчивая восемью позициями и от двух до восьми контактов. Самым популярным типом разъема является так называемый USOC (Universal Service Order Code), имеющий номенклатурные префиксы «RJ», за которыми следует номер серии. Часто этими названиями пользуются для обозначения приложений, не имеющих к коду никакого отношения. Так, например, обычную 6-контактную телефонную вилку часто называют RJ-11, а 8-контактную модульную вилку — RJ-45. 8-контактная модульная вилка используется в соответствии с TIA 568-А как для телефонии, так и для приложений передачи данных, 8-контактный модульный разъем также служит интерфейсом для таких приложений как 10BaseT, 100BaseT, 100VG-AnyLAN, Token-Ring/UTP.

8-позиционный модульный разъем очень часто неверно называют именем специализированного коннектора RJ-45. Схема разводки интерфейса RJ-45 (включающая в себя интерфейсный программный резистор) настолько радикально отличается от схем Т568А и В, что нет абсолютно никаких оснований для смешивания этих двух названий. Правильное название для разъема — «8-позиционный модульный». В действительности все модульные коннекторы с одинаковым количеством позиций конструкционно одинаковы до момента терминирования. После терминирования возможно называть их по имени схемы разводки. Например, при реализации интерфейса и схемы разводки 10BaseT можно подключить только четыре пары 8-позиционного модульного разъема. В этом случае, он не может называться ни Т568А, ни В, так как обе эти схемы требуют подключения всех восьми контактов. Также он не будет соответствовать схеме RJ-45, так как схема разводки будет неверной, а программный резистор отсутствовать.

8-позиционный модульный разъем, используемый в стандартных кабельных и стемах, описан в стандарте IEC 603-7. Этот же разъем определен в стандарте TIA 568-А и сопутствующих документах, а также в ISO/IEC IS-11801.

Модульные коннекторы, в основном, предназначены для терминирования кабелей с многожильными проводниками. Первоначально коннектор был создан для терминирования плоского кабеля, состоящего из 2-8 многожильных проводников. Его назначение было ограничено аудиочастотами телефонных линий, хотя официально его рабочие частотные характеристики определены до 3 МГц. К сожалению, промышленность не только вынуждена использовать эти коннекторы на частотах намного превышающие специфицированные стандартом, но и использовать их для терминирования витых пар круглых кабелей. Для того, чтобы разрешить использование модульных коннекторов на рабочих частотах кабельных систем от 10 до 100 МГц, TIA просто определяет критерии рабочих характеристик (в основном, затухание и NEXT), которым должен соответствовать коннектор. При условии соответствия конкретного коннектора этим спецификациям, он может быть использован для работы с приложениями до категории 5.

Существуют модульные коннекторы, предназначенные для терминирования одножильных проводников, несмотря на то, что терминирование одножильных проводников даже с помощью специальных коннекторов настоятельно не рекомендуется. Модульный контакт представляет собой плоский контакт с заостренным концом, который при терминировании прорезает изоляцию проводника и создает электрический контакт с медным многожильным проводником. Контакт может создаваться в одной или нескольких точках.

Читайте также:  Виза банковское оборудование казань

Если применять эту технологию к одножильному проводнику, при терминировании он может сдвинуться в сторону от концов контакта и может образоваться неполноценный контакт или вообще отсутствие контакта. По этой причине контакты для терминирования одножильных проводников имеют три заостренных выступа на нижней стороне. При терминировании проводник центрируется между тремя выступами и удерживается ими с созданием надежного контакта.

Экранированные модульные вилки были разработаны для терминирования экранированных кабелей различных типов. Как правило, вилка состоит из стандартного модульного коннектора с металлическим рукавом, проходящим по внешней поверхности коннектора и повторяющего его форму. При использовании таких вилок необходимо применять розетки, совместимые с этими вилками для обеспечения правильного функционирования экрана. Иногда заземляющий проводник экрана кабеля может терминироваться на одном из контактов вилки 8-позиционного модульного разъема, но при этом утрачивается возможность стандартного соединения четырех сбалансированных пар. Единственным экранированным коннектором, рекомендованным стандартом TIA, является так называемый IBM Data Connector (STP-A, 2 пары, 150 0м).

Источник

ВОЛС (волоконно-оптические линии связи)

ВОЛС

Самой высокой пропускной способностью среди всех существующих средств связи обладает оптическое волокно (диэлектрические волноводы). Волоконно-оптические кабели применяются для создания ВОЛС – волоконно-оптических линий связи, способных обеспечить самую высокую скорость передачи информации (в зависимости от типа используемого активного оборудования скорость передачи может составлять десятки гигабайт и даже терабайт в секунду).

Кварцевое стекло, являющееся несущей средой ВОЛС, помимо уникальных пропускных характеристик, обладает ещё одним ценным свойством – малыми потерями и нечувствительностью к электромагнитным полям. Это выгодно отличает его от обычных медных кабельных систем.

Данная система передачи информации, как правило, используется при постройке рабочих объектов в качестве внешних магистралей, объединяющих разрозненные сооружения или корпуса, а также многоэтажные здания. Она может использоваться и в качестве внутреннего носителя структурированной кабельной системы (СКС), однако законченные СКС полностью из волокна встречаются реже – в силу высокой стоимости строительства оптических линий связи.

Применение ВОЛС позволяет локально объединить рабочие места, обеспечить высокую скорость загрузки Интернета одновременно на всех машинах, качественную телефонную связь и телевизионный приём.

Преимущества ВОЛС

При грамотном проектировании будущей системы (этот этап подразумевает решение архитектурных вопросов, а также выбор подходящего оборудования и способов соединения несущих кабелей) и профессиональном монтаже применение волоконно-оптических линий обеспечивает ряд существенных преимуществ:

  • Высокую пропускную способность за счёт высокой несущей частоты. Потенциальная возможность одного оптического волокна – несколько терабит информации за 1 секунду.
  • Волоконно-оптический кабель отличается низким уровнем шума, что положительно сказывается на его пропускной способности и возможности передавать сигналы различной модуляции.
  • Пожарная безопасность (пожароустойчивость). В отличие от других систем связи, ВОЛС может использоваться безо всяких ограничений на предприятиях повышенной опасности, в частности на нефтехимических производствах, благодаря отсутствию искрообразования.
  • Благодаря малому затуханию светового сигнала оптические системы могут объединять рабочие участки на значительных расстояниях (более 100 км) без использования дополнительных ретрансляторов (усилителей).

Преимущества ВОЛС

  • Информационная безопасность. Волоконно-оптическая связь обеспечивает надёжную защиту от несанкционированного доступа и перехвата конфиденциальной информации. Такая способность оптики объясняется отсутствием излучений в радиодиапазоне, а также высокой чувствительностью к колебаниям. В случае попыток прослушки встроенная система контроля может отключить канал и предупредить о подозреваемом взломе. Именно поэтому ВОЛС активно используют современные банки, научные центры, правоохранительные организации и прочие структуры, работающие с секретной информацией.
  • Высокая надёжность и помехоустойчивость системы. Волокно, будучи диэлектрическим проводником, не чувствительно к электромагнитным излучениям, не боится окисления и влаги.
  • Экономичность. Несмотря на то, что создание оптических систем в силу своей сложности дороже, чем традиционных СКС, в общем итоге их владелец получает реальную экономическую выгоду. Оптическое волокно, которое изготавливается из кварца, стоит примерно в 2 раза дешевле медного кабеля, дополнительно при строительстве обширных систем можно сэкономить на усилителях. Если при использовании медной пары ретрансляторы нужно ставить через каждые несколько километров, то в ВОЛС это расстояние составляет не менее 100 км. При этом скорость, надёжность и долговечность традиционных СКС значительно уступают оптике.

Преимущества ВОЛС кабеля

  • Срок службы волоконно-оптических линий составляет полрядка четверти века. Через 25 лет непрерывного использования в несущей системе увеличивается затухание сигналов.
  • Если сравнивать медный и оптический кабель, то при одной и той же пропускной способности второй будет весить примерно в 4 раза меньше, а его объём даже при использовании защитных оболочек будет меньше, чем у медного, в несколько раз.
  • Перспективы. Использование волоконно-оптических линий связи позволяет легко наращивать вычислительные возможности локальных сетей благодаря установке более быстродействующего активного оборудования, причем без замены коммуникаций.

Область применения ВОЛС

Как уже было сказано выше, волоконно-оптические кабели (ВОК) используются для передачи сигналов вокруг (между) зданий и внутри объектов. При построении вешних коммуникационных магистралей предпочтение отдаётся оптическим кабелям, а внутри зданий (внутренние подсистемы) наравне с ними используется традиционная витая пара. Таким образом, различают ВОК для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки.

К отдельному виду относятся соединительные кабели: внутри помещений они используются в качестве соединительных шнуров и коммуникаций горизонтальной разводки – для оснащения отдельных рабочих мест, а снаружи – для объединения зданий.

Монтаж волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью специальных инструментов и приборов.

Технологии соединения ВОЛС

Длина коммуникационных магистралей ВОЛС может достигать сотен километров (например, при постройке коммуникаций между городами), тогда как стандартная длина оптических волокон составляет несколько километров (в том числе потому, что работа со слишком большими длинами в некоторых случаях весьма неудобна). Таким образом, при построении трассы необходимо решить проблему сращивания отдельных световодов.

Различают два типа соединений: разъёмные и неразъёмные. В первом случае для соединения применяются оптические коннекторы (это связано с дополнительными финансовыми затратами, и, кроме того, при большом количестве промежуточных разъёмных соединений увеличиваются оптические потери).

Для неразъёмного соединения локальных участков (монтажа трасс) применяются механические соединители, клеевое сращивание и сваривание волокон. В последнем случае используют аппараты для сварки оптических волокон. Предпочтение тому или иному методу отдаётся с учётом назначения и условий применения оптики.

Наиболее распространённой является технология склеивания, для которой используется специальное оборудование и инструмент и которая включает несколько технологических операций.

В частности, перед соединением оптические кабели проходят предварительную подготовку: в местах будущих соединений удаляются защитное покрытие и лишнее волокно (подготовленный участок очищается от гидрофобного состава). Для надёжной фиксации световода в соединителе (коннекторе) используется эпоксидный клей, которым заполняется внутреннее пространство коннектора (он вводится в корпус разъёма с помощью шприца или дозатора). Для затвердевания и просушки клея применяется специальная печка, способная создать температуру 100 град. С.

После затвердевания клея излишки волокна удаляются, а наконечник коннектора шлифуется и полируется (качество скола имеет первостепенное значение). Для обеспечения высокой точности выполнение данных работ контролируется с помощью 200-кратного микроскопа. Полировка может осуществляться вручную или с помощью полированной машины.

Самое качественное соединение с минимальными потерями обеспечивает сваривание волокон. Этот метод используется при создании высокоскоростных ВОЛС. Во время сваривания происходит оплавление концов световода, для этого в качестве источника тепловой энергии могут использоваться газовая горелка, электрический заряд или лазерное излучение.

Каждый из методов имеет свои преимущества. Лазерная сварка благодаря отсутствию примесей позволяет получать самые чистые соединения. Для прочной сварки многомодовых волокон, как правило, используют газовые горелки. Наиболее распространенной является электрическая сварка, обеспечивающая высокую скорость и качество выполнения работ. Длительность плавления различных типов оптовых волокон отличается.

Читайте также:  Оборудование для извлечения труб из скважины

Для сварочных работ применяются специальный инструмент и дорогостоящее сварочное оборудование – автоматическое или полуавтоматическое. Современные сварочные аппараты позволяют контролировать качество сварки, а также проводить тестирование мест соединения на растяжение. Усовершенствованные модели оснащены программами, которые позволяют оптимизировать процесс сварки под конкретный тип оптоволокна.

После сращения место соединения защищается плотно насаживаемыми трубками, которые обеспечивают дополнительную механическую защиту.

Сращивание ВОЛС

Ещё один метод сращивания элементов оптоволокна в единую линию ВОЛС – механическое соединение. Этот способ обеспечивает меньшую чистоту соединения, чем сваривание, однако затухание сигнала в данном случае всё-таки меньше, чем при использовании оптических коннекторов.

Преимущество этого метода перед остальными состоит в том, что для проведения работ используются простые приспособления (например, монтажный столик), которые позволяют проводить работы в труднодоступных местах или внутри малогабаритных конструкций.

Механическое сращивание подразумевает использование специальных соединителей – так называемых сплайсов. Существует несколько разновидностей механических соединителей, которые представляют собой вытянутую конструкцию с каналом для входа и фиксации сращиваемых оптических волокон. Сама фиксация обеспечивается с помощью предусмотренных конструкцией защёлок. После соединения сплайсы дополнительно защищаются муфтами или коробами.

Механические соединители могут использоваться неоднократно. В частности, их применяют во время проведения ремонтных или восстановительных работ на линии.

ВОЛС: типы оптических волокон

Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, отличаются по материалу изготовления и по модовой структуре света. Что касается материала, различают полностью стеклянные волокна (со стеклянной сердцевиной и стеклянной оптической оболочкой), полностью пластиковые волокна (с пластиковой сердцевиной и оболочкой) и комбинированные модели (со стеклянной сердцевиной и с пластиковой оболочкой). Самую лучшую пропускную способность обеспечивают стеклянные волокна, более дешёвый пластиковый вариант используют в том случае, если требования к параметрам затухания и пропускной способности не критичны.

По типу путей, которые проходит свет в сердцевине волокна, различают одно- и многомодовые волокна (в первом случае распространяется один луч света, во втором – несколько: десятки, сотни и даже тысячи).

  • Одномодовые волокна (SM) отличаются малым диаметром сердцевины, по которой может пройти только один пучок света.

ВОЛС: типы оптических волокон

  • Многомодовые волокна (MM) отличаются большим диаметром сердцевины и могут быть со ступенчатым или градиентным профилем. В первом случае пучки света (моды) расходятся по различным траекториям и поэтому приходят к концу световода в различное время. При градиентном профиле временные задержки различных лучей практически полностью исчезают, и моды идут плавно благодаря изменению скорости распространения света по волнообразным спиралям.

ВОЛС: типы оптических волокон - MM, многомодовые

Все современные ВОК (и одно-, и многомодовые), с помощью которых создаются линии передачи данных, имеют одинаковый внешний диаметр – 125 мкм. Толщина первичного защитного буферного покрытия составляет 250 мкм. Толщина вторичного буферного покрытия составляет 900 мкм (используется для защиты соединительных шнуров и внутренних кабелей). Оболочка многоволоконных кабелей для удобства работы окрашивается в различные цвета (для каждого волокна).

ВОЛС - Волоконно-оптическая система

Диагностика волоконно-оптических линий связи

Основным инструментом для диагностики волоконно-оптических линий связи является оптический рефлектометр. Пример работы с таким прибором смотрите в следующем видео:

Примеры оборудования

Аппараты для сварки оптоволокна (оптических волокон) Наборы инструментов для работы с волоконно оптическим кабелем Рефлектометры оптические Оптические наборы для тестирования ВОЛС Оптические тестеры Определители обрывов оптического волокна (локаторы повреждений, VFL)

Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.

Источник

Оптоволоконное оборудование

Информационные технологии нынешнего поколения направлены на создание единой системы, в которой были бы объединены компьютеры, телекоммуникации и рабочие станции. Для этого используется сетевое оптоволоконное оборудование, которое делится на два типа:

  • активное;
  • пассивное.

Активное сетевое оборудование – интеллектуальные электронные устройства, действие которых направлено на преобразование электрических сигналов в определенную форму, установленную для передачи данных. Кроме того, такое оборудование выполняет еще одну немаловажную функцию – коммутацию сигналов, а его эксплуатация предполагает наличие дополнительных источников питания.

К данному типу устройству относятся коммутаторы, маршрутизаторы, концентраторы и т.д. Чтобы подключить компьютер к принт-серверу или локальной сети, потребуется периферийное устройство типа сетевого адаптера. Причем, при передаче информации программное обеспечение посредством сетевого соединителя формирует пакет данных, после чего пересылает его через кабели локальной сети на другой компьютер. При этом активное оборудование используется в качестве передаточного звена.

Пассивное оборудование в отличие от активного не нуждается во вспомогательных источниках питания. В этом случае передача данных осуществляется без дополнительных преобразований сигнала. Пакеты информации пересылаются без каких-либо изменений. Этому типу устройств принадлежит кросс оптический , коннектор, патч-панель, кабель и прочее. Выбор кабеля, как правило, осуществляется в зависимости от проекта локальной сети.

Использование оптических патч-кордов и пигтейлов

Среди оптоволоконного пассивного оборудования особого внимания заслуживают патч-корды и пигтейлы.

Коммутационный шнур или оптический патч-корд представляет собой кабель, оконцованного с обеих сторон коннекторами. Он используется для соединения оптического бокса либо распределительной панели (ODF) с активным сетевым оборудованием. Используемые разъемы могут быть любого типа: предназначенными как для одномодовых, так и многомодовых приложений.

Пигтейл – это определенный отрезок соединительного кабеля, который имеет коннектор лишь с одной стороны. В традиционном представлении его конструкционное исполнение предполагает небольшую длину, а в качестве материла изготовления применяется буферизированное волокно. Пигтейл так же, как и патч-корд, может быть оконцован любым известным коннектором. Главное его назначение состоит в оконцовке оптического кабеля посредством механического соединения либо сварки.

Сферы применения оптического оборудования

Оптоволоконные каналы связи обладают множеством преимуществ, среди которых:

  • высокие скорости передачи информации;
  • незначительная дисперсия, а также небольшое затухание сигнала, обеспечивающая передачу данных на достаточно большие расстояния без применения промежуточной ретрансляции;
  • стойкость к неблагоприятному воздействию окружающей среды и механических нагрузок;
  • высокий уровень информационной безопасности – вне канала связи перехватить трансляцию невозможно физически.

Благодаря перечисленным выше достоинствам, основная сфера применения оптического оборудования – сети передачи информационных сигналов: видеонаблюдение, телекоммуникационные системы доступа, вычислительные сети и др. При этом оптоволокно занимает доминирующее положение на уровне магистральных и даже межконтинентальных линий передачи сигналов.

Источник

Оптическое волокно в промышленных системах связи

В нашей предыдущей статье мы рассматривали основные типы оптических волокон. Среди всего прочего, обращалось внимание на то, что область применения оптического волокна не ограничивается лишь компьютерными сетями. Растет число областей промышленности, в которых используются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

Компания «ЭФО» имеет большой опыт в поставке волоконно-оптических компонентов для индустриальных применений. И в этой статье мы рассмотрим основные особенности оптического волокна с точки зрения специфики промышленных условий и приведем некоторые конкретные примеры его применения в разных областях промышленности.

Причины использования оптического волокна в промышленности

В промышленных применениях редко возникает необходимость в высокоскоростной передаче сигнала на большие расстояния. Типичные значения скорости передачи ограничиваются сотнями Мбит/с, а длина участка линии связи составляет десятки-сотни метров. Этим условиям вполне отвечают стандартные линии на основе витой пары или коаксиального кабеля, а также беспроводная связь. Однако в промышленных условиях на первый план выходят такие факторы, как безопасность и надежность передачи информации. И в этой связи дают о себе знать другие преимущества оптоволокна, существенно выделяющие его на фоне конкурентов. В первую очередь, речь идет о следующих двух особенностях оптического волокна:

  • Невосприимчивость к электромагнитному излучению (ЭМИ). Промышленные процессы зачастую сопровождаются повышенным уровнем электромагнитного шума, источником которого могут быть силовые установки, радиоаппаратура и прочее технологическое оборудование. Электромагнитные помехи могут привести к искажению или даже полной потере данных. В отличие от своих конкурентов, оптическое волокно изготавливается из диэлектрического материала, а потому абсолютно невосприимчиво к электромагнитным помехам. Это позволяет прокладывать оптическую линию связи в непосредственной близости к источникам ЭМИ (в частности, к силовым линиям питания технологического оборудования). Вдобавок, оптоволокно само не создает электромагнитных полей в окружающем пространстве, поэтому между соседними оптоволоконными линиями связи не возникает перекрестных помех.
  • Гальваническая развязка. Поскольку оптическое волокно является диэлектриком, между передающей и приемной стороной отсутствует электрический контакт. Это позволяет решить большое количество проблем, связанных с разностью потенциалов соединяемого оборудования, протеканием выравнивающего тока при неидеальном заземлении, а также скачками напряжения и другими аварийными ситуациями. Оптоволокно обеспечивает изоляцию значительно более высокого напряжения, чем оптроны и другие микросхемы, используемые для гальванической развязки.
Читайте также:  Как оплатить ростелекому за оборудование

По этим причинам во многих промышленных применениях наилучшим, а подчас и единственно верным, решением является использование оптического волокна. Большую популярность получили индустриальные линии связи на основе пластикового (полимерного) оптического волокна (POF), поскольку они полностью отвечают предъявляемым требованиям и в то же время привлекают сравнительно низкой стоимостью компонентов и простотой работы с POF.
Спектр возможных применений оптоволокна (в частности, POF) в промышленности очень разнообразен. Далее мы вкратце рассмотрим некоторые конкретные примеры, взятые из руководства по применению (Application Note), выпущенного компанией Avago Technologies (сейчас – Broadcom Limited), – одним из ведущих производителей индустриальных волоконно-оптических компонентов.

1. Управление технологическими процессами

В автоматизированных промышленных системах контроллеры получают сигналы управления от компьютера, который может быть удален на некоторое расстояние. Линии связи, по которым передаются эти сигналы, часто располагаются вдоль линий питания и вблизи технологических установок. Чтобы исключить влияние помех на передаваемые сигналы, применяется оптическое волокно. Так, при помощи оптоволокна можно организовать связь между компьютером и программируемым логическим контроллером (ПЛК), а также связь между несколькими ПЛК, объединенными в общую информационную сеть.

Другим примером является управление промышленными роботами, в конструкцию которых входят электродвигатели, соленоиды и прочие элементы, создающие электромагнитные помехи. Относительная гибкость оптического волокна позволяет также использовать его для связи между движущимися частями робота.

2. Системы сбора данных и измерительные системы

Большое значение на производстве также играют контрольно-измерительные системы. Зачастую необходимо проводить мониторинг различных параметров высоковольтного оборудования. Обработка полученных данных при этом осуществляется при помощи низковольтной микропроцессорной техники. Поэтому для передачи сигналов необходима надежная гальваническая развязка, которая достигается при использовании оптического волокна.

В автоматизированных контрольно-измерительных системах также широко используется интерфейсная шина GPIB (IEEE-488). При помощи оптоволокна можно увеличить расстояние между измерительным прибором и компьютером, обрабатывающим информацию. При этом обеспечивается гальваническая развязка и защита от электромагнитных помех, что критично с точки зрения точности измерений.

3. Защита от ударов молнии

Если технологическое оборудование расположено в разных помещениях, волоконно-оптическая связь между установками обеспечивает защиту от возможных повреждений, вызванных ударами молнии.

4. Силовое оборудование

Оптическое волокно используется не только для передачи информации от одних промышленных установок к другим. Оптоволоконные интерфейсы часто применяются внутри оборудования для связи между его частями. В качестве примера можно привести управление IGBT транзисторами, служащими в качестве электронных ключей в инверторах, импульсных источниках питания и других силовых приборах. Оптоволокно обеспечивает надежную гальваническую развязку между низковольтным микроконтроллером, формирующим управляющие сигналы, и затвором силового транзистора.

Другим устройством силовой электроники, в котором используется оптическое волокно, является статический компенсатор реактивной мощности (SVC – Static VAR Compensator), применяемый в высоковольтных системах для уменьшения нагрузки на распределительную сеть, улучшения качества подаваемой электроэнергии и снижения расходов. Основными элементами SVC являются конденсаторы с тиристорным переключением (TSC – Thyristor-Switched Capacitors) и реакторы с тиристорным управлением (TCR – Thyristor-Controlled Reactor), переключение которых приводит к возникновению сильных электромагнитных полей. Поэтому для передачи управляющих сигналов и сигналов обратной связи в SVC применяется оптическое волокно, невосприимчивое к помехам и обеспечивающую гальваническую развязку.

5. Установки альтернативной энергетики

Из рассмотренного выше видно, что оптоволокно может применяться на разных этапах одного и того же технологического процесса. В качестве примера рассмотрим такую набирающую популярность в последние годы область промышленности, как альтернативная энергетика. Наиболее распространенными направлениями на сегодняшний день являются ветроэнергетика и солнечная энергетика.

Ветрогенератор (ВЭУ – ветроэлектрическая установка) преобразует кинетическую энергию ветрового потока в электрическую энергию. В конструкцию ветрогенератора входят выпрямители, инверторы, трансформаторы и фильтры, осуществляющие необходимое преобразование выработанной электроэнергии для ее последующей передачи на большие расстояния. Соединение силового оборудования ветрогенераторов при помощи оптического волокна позволяет исключить влияние скачков напряжения и электромагнитных помех на передаваемые сигналы. Волоконно-оптические компоненты могут располагаться в непосредственной близости к оборудованию и силовым линиям. Оптическое волокно может применяться в следующем оборудовании ветровой электростанции:

  • Драйверы затвора силовых транзисторов в выпрямителях и инверторах.
  • Приборные и коммуникационные панели.
  • Блоки управления турбиной.
  • Системы мониторинга условий окружающей среды и состояния оборудования.
  • Информационные сети ветровых электростанций.

Аналогичным образом оптическое волокно применяется и в оборудовании электростанций на основе солнечных батарей, преобразующих солнечную энергию в электрический ток. Оптоволокно на солнечных электростанциях применяется в следующих системах:

  • Драйверы затвора транзисторов в силовых инверторах.
  • Приборные и коммуникационные панели.
  • Оборудование автоматизации подстанций и релейной защиты.

6. Оптические системы дуговой защиты

Следующий пример использования оптического волокна несколько отличается от всех предыдущих, поскольку здесь оптоволокно выступает не просто как канал связи, а как основной элемент системы. Речь идет об оптических системах защиты от электрической дуги в комплектных распределительных устройствах (КРУ) электрических подстанций. Такие системы регистрируют оптическое излучение вспышки света, возникающей при дуговом коротком замыкании. Этот подход позволяет минимизировать время срабатывания выключателя в случае аварии. В качестве чувствительного элемента обычно используется линзовый оптический датчик, собирающий излучение вспышки и передающий по оптоволокну на управляющее устройство, или же волоконно-оптический датчик, представляющий собой отрезок оптоволокна в прозрачной оболочке, который регистрирует свет всей своей поверхностью. Управление датчиками может производиться удаленно. Подробнее об оптических системах защиты от дуговых замыканий можно прочитать здесь.

7. Другие автоматизированные системы

Необходимость в централизованном управлении различными установками возникает также и в других системах, не связанных с производством и энергетикой. Приведем два примера, в которых целесообразно использовать оптическое волокно.

Сеть POS-терминалов в магазинах, банках и других учреждениях. Использование оптоволокна для передачи информации между POS-терминалами и центральным компьютером гарантирует высокую скорость связи и сохранность данных по проведенным операциям. Особенно это важно на крупных площадях, где могут присутствовать источники сильных помех.

Игровые развлекательные центры. Оптоволокно также может быть использовано для автоматизации игровых развлекательных систем, а именно для связи центрального компьютера с игровыми автоматами, внутренних соединений автомата и связи между игровыми автоматами для многопользовательской игры.

8. Медицинское оборудование

Еще одна область, в которой активно применяется оптическое волокно, – это медицинское оборудование. Изолирующие свойства оптического волокна обеспечивают защиту пациента, персонала и электроники от высоковольтной части аппаратуры. В качестве примера можно привести рентгеновский аппарат. Для генерации излучения к рентгеновской трубке подводится высокое напряжение. Оптоволокно обеспечивает гальваническую развязку между источником высокого напряжения и низковольтным управляющим оборудованием. При этом также устраняется влияние электромагнитных помех, возникающих при переключении высоких токов и напряжений.

Компоненты Versatile Link от Broadcom Limited

Конечно, невозможно перечислить всех возможных промышленных применений оптического волокна. Однако эта область телекоммуникаций активно развивается как во всем мире, так и в нашей стране.

Источник