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使用光纤升级现有的工业网络(2)

使用光纤升级现有的工业网络(2)

光纤和光纤收发器、接收器以及发射器全部都通过严格的质量标准要求,光纤技术已经经过高容量电信链路系统的验证,其中产品寿命更超过10年以上,部份光纤零组件供应商更拥有垂直整合能力,可以自行生产发射器中使用的激光二极管以及接收器中的PIN二极管,进一步完整掌控产品质量和交货时间。

光纤技术提供许多工业应用环境高带宽、轻量化和EMC兼容性

目前飞机上的信息娱乐系统已经变得越来越先进并且越来越复杂,随着视频质量的提升,较大尺寸视频屏幕变得越来越普遍,飞机制造商随时都在寻求可以降低飞机重量的方法,以单一线路而言,由于光纤解决方案相较于铜电缆在重量上轻了许多,并且可以传输更多的数据,因此成为航空信息娱乐系统的良好选择。

光纤技术也出现在航空母舰和游轮上,许多现代化的火车也使用光纤以及光纤收发器、接收器和发射器,火车动力源、推进系统以及驾驶控制系统的可靠运行是必备的条件,但是有关乘客便利性、信息和娱乐系统也可经由使用光纤获益,包括更长距离的更高带宽传输、原生的电隔离能力、卓越的EMC特性以及静电放电(ESD, Electro-Static Discharge)耐受力等。

IEC 61375火车通信网络(TCN, Train Communication Network)标准的制定目的在定义火车使用的通信架构和通信协议,基本上TCN定义了列车总线(WTB, Wire Train Bus)和多功能车辆总线(MVB, Multifunction Vehicles Bus)。WTB用来连结车厢,MVB则用来连接一个车厢或多个车厢间的设备,MVB可以以三种不同媒介形式运行,包括短距离的RS-485,低于200米的变压器耦和双绞线对,以及长达2公里的光学玻璃光纤。光学玻璃光纤由于对电气噪声具有高耐受力,因此是火车机车MVB的较佳选择。光纤将控制器连接到设备或次系统,例如电力电子设备、电机控制器和无线电等,MVB也连接驾驶车厢中的设备以用来控制灯光、车门、空调以及火车车站和到站信息等乘客便利显示系统,采用冗余设计可以提高可靠度,MVB使用冗余光纤设计,设备传输可以在两条线路上进行,如果其中一条故障,那幺就可以使用另一条进行通信。

火车网络目前已经变得越来越复杂,每个车站都连接到中央计算机以便进行排班和事件的更新,车站必须来回传送数据,距离可能达到数百米甚至数公里,通过光缆的使用,可以在更长的距离传输更多的数据,包括视频等,并且比铜电缆更加可靠。另外,这些应用的缆线会被安排在一起,由一个车站连接到另一个车站,或者由一个火车车厢连接到另一个,铜电缆在这样相邻布线的情况下可能会造成干扰,但光缆在EMI上的优势使它们不会受到这些问题的影响。

在使用电力网供电的火车中,会由三相交流电网取得单相电源以提供火车所需的两相电源,这会造成电网的不平衡而必须加以补偿,一个最常用来平衡并回复电网供电质量的方法是使用晶闸管投切电容器(TSC, Thyristor-Switched Capacitors)和晶闸管控制电抗器(TCR, Thyristor-Controlled Reactor)进行静态虚功补偿(SVC, Static VAR Compensation),TSC和TCR主要被用来进行高电压和大电流的开关控制和操作,这就产生了会把电气噪声感应到邻近铜电缆的超高电磁场,光纤由于不会受到电磁场的影响,因此可以说是SVC系统中传送控制信号到设备的最好媒介。

火车的信号传送也可以由光纤技术在高噪声环境中可靠的长距离数据通信能力以及超高EMI环境耐受力而获益。

另一方面,光纤技术也已经逐渐普及到医疗影像处理设备,例如核磁共振摄影(MRI, Magnetic Resonance Imaging)和X光机等应用,在电机和电磁辐射环境下,这些机器会产生非常高的电磁干扰,因此它们的通信和控制链路必须具有高EMI耐受力才能可靠安全地运行,高EMI耐受力和电气隔离对于病人的安全可以说是必要的条件,因此光纤产品就提供了一个非常合适的解决方案。

在娱乐应用方面,赌场拥有许多连接到中央计算机服务器进行数据处理、营销活动以及视频保安的需求,对于赌场的通信网络来说,安全性是最重要的要求,光纤为赌场经营者提供了安全的网络,因为几乎不可能盗接光缆上的信号。

可再生能源市场目前也已经采用光纤技术,在部分风力发电应用中,由于EMI电磁干扰问题,光纤成为唯一合适的通信技术,由于风力电厂和太阳能发电在远端甚至离岸地区运作,因此大量光纤技术的采用就成了它可靠度和稳健性的最好证明,停机和意外修复可能会大幅度影响可再生能源系统的成本和使用,因此在系统设计时就必须加以避免,光纤链路应用在风力涡轮发电机舱内,它的位置可能高于地面或海平面超过100米,另外光纤也可以作为风力涡轮和远端管理设备间的数据链路。

光纤本身的隔离能力也带来了只需数英吋距离光纤通信产品的推出,Avago的HFBR-3810Z光纤短距离链路器件是一款可以提供单一电路板上达到12kV瞬态电气隔离的高成本效益发射器和接收器,采用650nm光纤技术,HFBR-3810Z非常适合如风力涡轮逆变器、IGBT/MOSFET驱动以及医疗设备等应用,为了提供更高的可靠度,Avago也推出了HFBR-3810MSZ,加入金属屏蔽带来更高的EMI和ESD耐受力。

现代光纤系统可以有效监测运行避免停机和意外修复

在速度、可靠度以及主动系统监测上,Avago的AFBR-5978Z工业快速以太网收发器是一个使用光纤收发器可以达到何种成果的例子,另外,这个器件的-25oC到85oC工作温度范围更有助于确保收发器可以承受工业应用的恶劣环境。

AFBR-5978Z收发器具有一个强化的数字诊断接口,符合"光纤收发器数字诊断接口(DMI, Digital Diagnostic Monitoring Interface)"标准要求,依多源协议(MSA, Multi Source Agreement) SFFA-8472,由光纤相关产品制造商制订采用类似产品封装和功能以简化零组件的代换,工业快速以太网光纤网络为现场总线(FieldBus)网络提供了升级路径,相较于INTERBUS的2MBd、PROFIBUS的12MBd以及SERCOS的12MBd和16MBd,可以达到125MBd的传输速度,它同时也提供了开放式架构多重通信协议接口,允许标准以及特有现场总线可以交互操作,升级到工业用快速以太网允许工厂厂区的机器可以被指定IP或MAC位址,带来通过互联网的高速远端诊断和机器生产流程变换的便利性。
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