Konwertery światłowodowe w przemysłowych sieciach Ethernet

W zdecydowanej większości aplikacji używa się urządzeń zapewniających komunikację z wykorzystaniem kabli miedzianych. Skrętka miedziana UTP klasy 6a ma wiele zalet takich jak łatwość łączenia, niewysokie koszty i stosunkowo duża przepustowość. Dużą zaletą jest również możliwość zasilania oddalonych urządzeń takich jak: kamery, punkty dostępowe Wi-Fi jednym kablem z wykorzystaniem standardu POE.

Pomimo wielu zalet, w niektórych aplikacjach połączenie z wykorzystaniem skrętki UTP nie jest optymalne. Ze względu na rezystancję i pojemności pasożytnicze odległość połączeń jest ograniczona do ok. 100 metrów. Teoretycznie można stosować wzmacniacze sygnału, rozmieszczone właśnie co 100 metrów, ale jest to rozwiązania kosztowne i niezbyt wygodne.

Jednocześnie wraz ze zwiększaniem długości kabli rośnie ryzyko zakłóceń przez pola elektromagnetyczne generowane przez urządzenia o dużym poborze mocy. W takim przypadku warto rozważyć zastosowanie łącza światłowodowego, które charakteryzuje się szerszym pasmem przenoszenia, większymi odległościami transmisji i odpornością na zakłócenia EMI.

Przy odległościach na poziomie od 300 m do nawet kilkudziesięciu kilometrów światłowody są dobrą alternatywą w aplikacjach przemysłowych, gdzie potrzebujemy monitorować obiekt wyniesiony na znaczną odległość - pompownie, zbiorniki wody, ogniwa solarne itp. W aplikacjach tego typu często stosowane są przełączniki z portem światłowodowym, ale w przypadku modernizacji czy rozbudowy istniejącej infrastruktury można rozważyć zastosowanie konwerterów mediów.

Przy doborze konwertera należy zwrócić uwagę na kilka parametrów, takich jak:

1. Szybkość transmisji danych. Typowy sterownik PLC będzie wymagał niezbyt dużej szybkość transmisji danych dochodzącej do 100 Mb/s ale już na przykład kamery IP o rozdzielczości 4K generują duże ilości danych i niezbędne jest duża szybkość przesyłu danych - 1 Gb/s.
2. Odległość transmisji determinuje typ światłowodu: jedno-modowy czy wielomodowy jak również długość fali. Nadajniki pracujące z większą długością fal zapewniają komunikację na dłuższy dystans. Na przykład, nadajnik-odbiornik dla fali o długości 850 nm zapewni maksymalną transmisję na odległość do 550 metrów, zaś przy długości fali 1310 nm dystans sięga 40 km.
3. Zużycie energii - typowy konwerter mediów o szybkości do 1 Gb/s zwykle pobiera z zasilania 3-5 watów.
4. Czy urządzenia przyłączone do sieci wymagają zasilania. Jeżeli tak, należy rozważyć zastosowanie technologii PoE.

Antaira Technologies ma w swojej ofercie szereg zarządzalnych i niezarządzalnych konwerterów mediów charakteryzujących się następującymi parametrami:

• kompaktowe, łatwe do montażu w istniejących szafach rozdzielczych obudowy,
• nadajniki 10/100Tx do 100Fx z opcjami w połączeniu SC / ST i światłowodem wielomodowym lub jednomodowym,
• opcjonalne pasywne źródło zasilania POE zgodne z normą IEEE 802.3af,
• gniazdo 10/100 / 1000Tx / 1000SX / LX SFP dla światłowodu gigabitowego,
• wbudowane funkcje LLF (Link Loss Forwarding) i LFP (Link Fault Pass-Through),
• certyfikaty bezpieczeństwa CE, FCC i UL Class 1 Division 2,
• szeroki zakres temperatur pracy od -40 do 80°C.

W tym miejscu warto zwrócić uwagę na specyfikę działania konwerterów i zaawansowane funkcje pozwalające na autodiagnostykę i stabilną pracę. Zaawansowane konwertery Antaira Technologies zostały wyposażone w funkcje LFP (Link Fault Pass-through / błąd przejścia) i FEF (Far End Fault / dalekiego końca). Zastanówmy się, co stanie się, gdy kabel miedziany łączący przełącznik po lewej stronie z konwerterem światłowodowym zostanie niespodziewanie odłączony.

 

Rys. 1.

Popatrzmy na rysunek 1. W takiej sytuacji switch po prawej stronie nie będzie miał informacji o przerwie w transmisji i sieć będzie pracować bez zgłoszenia błędu, zakładając, że połączenie jest nadal możliwe. W celu wykrycia tego typu usterki konieczna jest funkcja LFP. Drugą ważną funkcją jest FEF (Far End Fault/dalekiego końca).

Znowu zastanówmy się, co się stanie, jeśli tym razem kabel światłowodowy łączący konwertery mediów zostanie niespodziewanie rozłączony - rysunek 2. W takim przypadku transmisja danych nie będzie możliwa poprzez światłowód. Przełącznik po lewej stronie nie będzie w stanie przesłać danych do przełącznika po prawej stronie.

Jeśli jednak drugi kabel światłowodowy jest nadal sprawny, przełącznik po prawej stronie będzie kontynuował przesyłanie do przełącznika po lewej stronie, co może prowadzić do błędów transmisji w sieci. Tutaj pojawia się błąd tzw. dalekiego zasięgu. Warto zwrócić uwagę, że powyższe funkcje działają poprawnie tylko wtedy gdy zastosujemy parę konwerterów.

 

Rys. 2.

W przypadku konwertera współpracującego z przełącznikiem sieciowym funkcje LFP i FEF nie będą działać poprawnie i sieć będzie pozbawiona autodiagnostyki. Konwertery nie tylko powinny być używane parami, ale dodatkowo należy wybrać tę samą markę i ten sam model. Wynika to z tego, że różni dostawcy mogą używać zastrzeżonych protokołów dla powyższych funkcji.

Największymi zaletami zastosowania przemysłowych konwerterów mediów Ethernet jest łatwość implementacji i niewysoki koszt. Technologia światłowodowa zapewnia szybką transmisję i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne i przepięciama. Funkcje LFP i FEF pozwalają na autodiagnostykę i wykrywanie błędów połączeń. Wszystkie te cechy powodują, że konwertery są chętnie stosowane w aplikacjach automatyki przemysłowej.

Antaira