使用光纖升級現有的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )

光纖技術(shù)提供許多工業(yè)應用環(huán)境高帶寬、輕量化和EMC兼容性

目前飛機上的信息娛樂(lè )系統已經(jīng)變得越來(lái)越先進(jìn)并且越來(lái)越復雜，隨著(zhù)視頻質(zhì)量的提升，較大尺寸視頻屏幕變得越來(lái)越普遍，飛機制造商隨時(shí)都在尋求可以降低飛機重量的方法，以單一線(xiàn)路而言，由于光纖解決方案相較于銅電纜在重量上輕了許多，并且可以傳輸更多的數據，因此成為航空信息娛樂(lè )系統的良好選擇。

光纖技術(shù)也出現在航空母艦和游輪上，許多現代化的火車(chē)也使用光纖以及光纖收發(fā)器、接收器和發(fā)射器，火車(chē)動(dòng)力源、推進(jìn)系統以及駕駛控制系統的可靠運行是必備的條件，但是有關(guān)乘客便利性、信息和娛樂(lè )系統也可經(jīng)由使用光纖獲益，包括更長(cháng)距離的更高帶寬傳輸、原生的電隔離能力、卓越的EMC特性以及靜電放電(ESD, Electro-Static Discharge)耐受力等。

IEC 61375火車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )(TCN, Train Communication Network)標準的制定目的在定義火車(chē)使用的通信架構和通信協(xié)議，基本上TCN定義了列車(chē)總線(xiàn)(WTB, Wire Train Bus)和多功能車(chē)輛總線(xiàn)(MVB, Multifunction Vehicles Bus)。WTB用來(lái)連結車(chē)廂，MVB則用來(lái)連接一個(gè)車(chē)廂或多個(gè)車(chē)廂間的設備，MVB可以以三種不同媒介形式運行，包括短距離的RS-485，低于200米的變壓器耦和雙絞線(xiàn)對，以及長(cháng)達2公里的光學(xué)玻璃光纖。光學(xué)玻璃光纖由于對電氣噪聲具有高耐受力，因此是火車(chē)機車(chē)MVB的較佳選擇。光纖將控制器連接到設備或次系統，例如電力電子設備、電機控制器和無(wú)線(xiàn)電等，MVB也連接駕駛車(chē)廂中的設備以用來(lái)控制燈光、車(chē)門(mén)、空調以及火車(chē)車(chē)站和到站信息等乘客便利顯示系統，采用冗余設計可以提高可靠度，MVB使用冗余光纖設計，設備傳輸可以在兩條線(xiàn)路上進(jìn)行，如果其中一條故障，那幺就可以使用另一條進(jìn)行通信。

火車(chē)網(wǎng)絡(luò )目前已經(jīng)變得越來(lái)越復雜，每個(gè)車(chē)站都連接到中央計算機以便進(jìn)行排班和事件的更新，車(chē)站必須來(lái)回傳送數據，距離可能達到數百米甚至數公里，通過(guò)光纜的使用，可以在更長(cháng)的距離傳輸更多的數據，包括視頻等，并且比銅電纜更加可靠。另外，這些應用的纜線(xiàn)會(huì )被安排在一起，由一個(gè)車(chē)站連接到另一個(gè)車(chē)站，或者由一個(gè)火車(chē)車(chē)廂連接到另一個(gè)，銅電纜在這樣相鄰布線(xiàn)的情況下可能會(huì )造成干擾，但光纜在EMI上的優(yōu)勢使它們不會(huì )受到這些問(wèn)題的影響。

在使用電力網(wǎng)供電的火車(chē)中，會(huì )由三相交流電網(wǎng)取得單相電源以提供火車(chē)所需的兩相電源，這會(huì )造成電網(wǎng)的不平衡而必須加以補償，一個(gè)最常用來(lái)平衡并回復電網(wǎng)供電質(zhì)量的方法是使用晶閘管投切電容器(TSC, Thyristor-Switched Capacitors)和晶閘管控制電抗器(TCR, Thyristor-Controlled Reactor)進(jìn)行靜態(tài)虛功補償(SVC, Static VAR Compensation)，TSC和TCR主要被用來(lái)進(jìn)行高電壓和大電流的開(kāi)關(guān)控制和操作，這就產(chǎn)生了會(huì )把電氣噪聲感應到鄰近銅電纜的超高電磁場(chǎng)，光纖由于不會(huì )受到電磁場(chǎng)的影響，因此可以說(shuō)是SVC系統中傳送控制信號到設備的最好媒介。

火車(chē)的信號傳送也可以由光纖技術(shù)在高噪聲環(huán)境中可靠的長(cháng)距離數據通信能力以及超高EMI環(huán)境耐受力而獲益。

另一方面，光纖技術(shù)也已經(jīng)逐漸普及到醫療影像處理設備，例如核磁共振攝影(MRI, Magnetic Resonance Imaging)和X光機等應用，在電機和電磁輻射環(huán)境下，這些機器會(huì )產(chǎn)生非常高的電磁干擾，因此它們的通信和控制鏈路必須具有高EMI耐受力才能可靠安全地運行，高EMI耐受力和電氣隔離對于病人的安全可以說(shuō)是必要的條件，因此光纖產(chǎn)品就提供了一個(gè)非常合適的解決方案。

在娛樂(lè )應用方面，賭場(chǎng)擁有許多連接到中央計算機服務(wù)器進(jìn)行數據處理、營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)以及視頻保安的需求，對于賭場(chǎng)的通信網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，安全性是最重要的要求，光纖為賭場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者提供了安全的網(wǎng)絡(luò )，因為幾乎不可能盜接光纜上的信號。

可再生能源市場(chǎng)目前也已經(jīng)采用光纖技術(shù)，在部分風(fēng)力發(fā)電應用中，由于EMI電磁干擾問(wèn)題，光纖成為唯一合適的通信技術(shù)，由于風(fēng)力電廠(chǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電在遠端甚至離岸地區運作，因此大量光纖技術(shù)的采用就成了它可靠度和穩健性的最好證明，停機和意外修復可能會(huì )大幅度影響可再生能源系統的成本和使用，因此在系統設計時(shí)就必須加以避免，光纖鏈路應用在風(fēng)力渦輪發(fā)電機艙內，它的位置可能高于地面或海平面超過(guò)100米，另外光纖也可以作為風(fēng)力渦輪和遠端管理設備間的數據鏈路。

光纖本身的隔離能力也帶來(lái)了只需數英吋距離光纖通信產(chǎn)品的推出，Avago的HFBR-3810Z光纖短距離鏈路器件是一款可以提供單一電路板上達到12kV瞬態(tài)電氣隔離的高成本效益發(fā)射器和接收器，采用650nm光纖技術(shù)，HFBR-3810Z非常適合如風(fēng)力渦輪逆變器、IGBT/MOSFET驅動(dòng)以及醫療設備等應用，為了提供更高的可靠度，Avago也推出了HFBR-3810MSZ，加入金屬屏蔽帶來(lái)更高的EMI和ESD耐受力。

現代光纖系統可以有效監測運行避免停機和意外修復

在速度、可靠度以及主動(dòng)系統監測上，Avago的AFBR-5978Z工業(yè)快速以太網(wǎng)收發(fā)器是一個(gè)使用光纖收發(fā)器可以達到何種成果的例子，另外，這個(gè)器件的-25oC到85oC工作溫度范圍更有助于確保收發(fā)器可以承受工業(yè)應用的惡劣環(huán)境。

AFBR-5978Z收發(fā)器具有一個(gè)強化的數字診斷接口，符合"光纖收發(fā)器數字診斷接口(DMI, Digital Diagnostic Monitoring Interface)"標準要求，依多源協(xié)議(MSA, Multi Source Agreement) SFFA-8472，由光纖相關(guān)產(chǎn)品制造商制訂采用類(lèi)似產(chǎn)品封裝和功能以簡(jiǎn)化零組件的代換，工業(yè)快速以太網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò )為現場(chǎng)總線(xiàn)(FieldBus)網(wǎng)絡(luò )提供了升級路徑，相較于INTERBUS的2MBd、PROFIBUS的12MBd以及SERCOS的12MBd和16MBd，可以達到125MBd的傳輸速度，它同時(shí)也提供了開(kāi)放式架構多重通信協(xié)議接口，允許標準以及特有現場(chǎng)總線(xiàn)可以交互操作，升級到工業(yè)用快速以太網(wǎng)允許工廠(chǎng)廠(chǎng)區的機器可以被指定IP或MAC位址，帶來(lái)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的高速遠端診斷和機器生產(chǎn)流程變換的便利性。

DMI提供了由收發(fā)器模塊取得實(shí)時(shí)運行信息的能力，取得的參數包括模塊溫度、電源電壓大小以及接收器輸入平均光功率，具備DMI功能，使用者也可以在收發(fā)器應用中擁有進(jìn)行零組件監測、故障隔離以及失效預測的能力，另外，DMI也完整地集成了實(shí)現數字警報的功能。

在更高等級的網(wǎng)絡(luò )中，工業(yè)以太網(wǎng)將工程和管理工作站連接到工業(yè)以太網(wǎng)集線(xiàn)器進(jìn)行整個(gè)企業(yè)的數據分享和控制，帶來(lái)更高的價(jià)值主張，光纖解決方案提供有多種數據率和連接器選擇，可以滿(mǎn)足各種工業(yè)通信和工廠(chǎng)自動(dòng)化應用需求。

具有可以使用分立或集成型光纖零組件解決方案的選擇為設計工程師帶來(lái)聚焦于特定設計目標的優(yōu)勢，分立零組件可以提供符合特定要求的設計靈活度，而集成型零組件解決方案則可以節省設計花費，極小化風(fēng)險并降低成本，最重要的是，光纖的EMI耐受力以及它的隔離特性非常適合工廠(chǎng)環(huán)境。

使用光纖技術(shù)有許多好處，需要高度電絕緣和隔離、安裝容易、在如閃電等惡劣環(huán)境中的生存能力、可以帶來(lái)更高可靠性和系統穩健度的EMI耐受力、可在長(cháng)距離下維持的信號完整性，以及高數據安全性等應用設計都可以藉由采用光纖技術(shù)而獲益，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光纖以及光纖收發(fā)器、接收器和發(fā)射器提供了一個(gè)可行的網(wǎng)絡(luò )和控制解決方案。