Światłowody w przemyśle, transporcie i energetyce

Światłowody kontra kable miedziane

Rys. 4. Przyczyny strat mocy optycznej w trwałych złączach światłowodowych: (a) - przerwa między końcówkami włókien, (b) - ich nieprecyzyjne nakierowanie poprzeczne oraz (c) - kątowe, (d) - złączenie włókien o różnych współczynnikach załamania światła, (e) - złączenie różnych typów światłowodów, (f) - złączenie włókien o różnych średnicach

Na rosnącą popularność komunikacji światłowodowej w przemyśle wpływa kilka czynników. Istotna jest zwłaszcza ich duża odporność na czynniki powodujące pogorszenie jakości transmisji - np. skrajne temperatury i wilgotność oraz zjawiska atmosferyczne (śnieg, deszcz, formowanie się lodu), na które okablowanie jest narażone, jeżeli jest prowadzone na zewnątrz budynku.

Dzięki temu, że informacja jest przesyłana w postaci impulsów świetlnych światłowody nie zakłócają pracy urządzeń w swoim otoczeniu, nie są też wrażliwe na zaburzenia elektromagnetyczne emitowane przez sąsiednie maszyny oraz przesłuchy od przewodów miedzianych prowadzonych w pobliżu.

Można je także bez obaw umieszczać w kanale kablowym w pobliżu przewodów zasilających. Brak sygnałów elektrycznych zapewnia również całkowitą separację galwaniczną między węzłami sieci światłowodowej. Minimalizuje to prawdopodobieństwo zniszczenia urządzeń sieciowych w wyniku przepięć powstałych przykładowo na skutek wyładowań atmosferycznych lub przebić od urządzeń pod napięciem.

Światłowody nie stwarzają również zagrożenia zapłonem wywołanym iskrą elektryczną, dzięki czemu jest to bezpieczne medium w rejonach zagrożonych wybuchem. Ponieważ praktycznie niemożliwe jest podłączenie się z zewnątrz do kabla tego typu łącza światłowodowe gwarantują bezpieczną transmisję danych. W przypadku sieci o dużym zagęszczeniu przewodów istotna jest też lekkość okablowania światłowodowego.

Kable światłowodowe - przykłady

Kable serii SL z oferty firmy Data Optics Poland. Wykorzystano w nich centralną luźną tubę o średnicy 3,3 mm dla kabli z 2-12 włókien i 4,5 mm dla kabli z 16-24 włókien (światłowody w rozmiarach średnica rdzenia/płaszcza: 9/125, 50/125, 62,5/125) wypełnioną żelem tiksotropowym, zbrojoną włóknem szklanym dla ochrony przed gryzoniami, zabezpieczoną wewnętrzną powłoką z PVC, taśmą stalową falowaną i suchym uszczelnieniem przeciwwilgociowym w postaci taśmy pęczniejącej pod wpływem wilgoci. Zewnętrzna powłoka kabla wykonana jest z materiałów trudnopalnych, bezhalogenowych, odpornych na promieniowanie UV, ścieranie i korozję. W przypadku pożaru kabel zapewnia zachowanie integralności systemu przez 90 minut (IEC 60331-11). Zakres temperatur składowania: -45ºC do +70°C (Data Optics Poland, tel. 77 442 80 82, www.dataoptics.com.pl).
Kable zewnętrzne serii A -DF(ZN)2Y(SR)2Y z oferty firmy Helukabel. Luźna tuba z centralnym elementem wzmacniającym. W zależności od modelu w kablu znajduje się 12, 24, 48 lub 60 włókien jednomodowych. Jest on chroniony wzmocnieniem z włókien aramidowych, stalowym zbrojeniem oraz wewnętrzną i zewnętrzną powłoką z PE. Spełnia wymagania norm regulujących odporność kabli na korozję oraz ich wodoodporność. Zewnętrzna powłoka jest też odporna na promieniowanie UV. Temperatury pracy kabli z tej serii zawierają się w przedziale: -5°C do +50°C w czasie przechowywania i -25°C do +60°C w czasie eksploatacji.
Kable wewnętrzne (I-VH, I-V11Y, I-VHH, I-V11Y11Y) firmy Helukabel. Linie światłowodowe jednowłóknowe i dwuwłóknowe (duplex) z włóknami jednomodowymi i wielomodowymi używane w stałych instalacjach wewnętrznych, takich jak trasy kablowe, zwłaszcza w połączeniach przełączników oraz terminali. Wykorzystano w nich tubę ścisłą, wzmocnienie z włókien aramidowych oraz powłokę zewnętrzną FRNC. W przypadku tego okablowania producent gwarantuje spełnienie wytycznych standardów określających wymagania w kwestii ochrony przed korozją, bezhalogenowości przewodu, ognioodporności oraz gęstości dymu w czasie jego spalania. (Helukabel, tel. 46 858 01 00, www.helukabel.pl).
Kabel zewnętrzny z oferty firmy Atel E lectronics. Kable z tubą centralną wypełnioną żelem o maksymalnie 24 włóknach. Jako wzmocnienie zastosowano w nich włókno szklane oraz ochronę przeciwgryzoniową. Koszulka jest bezhalogenowa, zabezpieczona przed wpływem promieni UV, spełnia też normy o nierozprzestrzenianiu płomieni i odporności na przenikanie wody. Zakres temperatur pracy: -40°C do +70°C (Atel Electronics, tel. 77 455 60 76, www.atel.com.pl).

Prędkość transmisji danych w światłowodach

Oprócz możliwości przesyłu danych na większych odległościach w porównaniu do kabli miedzianych, światłowody zapewniają też znacznie większą szybkość transmisji. Na przykład w sieciach Profibus uzyskać można prędkość transmisji 12 Mb/s na odległości maksymalnie 80m w przypadku użycia światłowodu plastikowego, na 2‒3 km w sieci ze światłowodem wielomodowym oraz nawet powyżej 15 km w łączach ze światłowodem jednomodowym.

Dla porównania w przypadku transmisji przez RS485 maksymalna prędkość transmisji na odległości 1,2 km to 93,75 kb/s, 1km - 187,5 kb/s, 400 m - 500 kb/s, 200 m - 1,5 Mb/s i 100m - 12 Mb/s. Podobnie jest w sieciach Interbus.

Wykorzystując jako medium transmisyjne kabel miedziany, uzyskać można szybkość transmisji 500 kb/s, podczas gdy w przypadku światłowodów osiągana jest prędkość 2 Mb/s. W pierwszym wypadku maksymalna odległość między węzłami sieci to 400m, natomiast w sieciach światłowodowych - 3,6km.

Nie tylko światłowody

Sieć światłowodową tworzą też m.in. takie urządzenia jak wzmacniacze (repeatery) sygnału oraz konwertery sygnału elektrycznego na optyczny. Przykładem tych ostatnich są urządzenia KOM200-S-485/232 firmy Kyland, które dostępne są m.in. w ofercie TechBase.

W zależności od modelu zapewniają one konwersję sygnału optycznego ze światłowodu jednolub wielomodowego na sygnał szeregowy RS485/232 lub RS232/422.

Konstrukcję tych urządzeń przystosowano do pracy w ciężkich warunkach przemysłowych. Gwarantowana jest też ich odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Najważniejsze parametry modelu KOM200-S-232/422 przedstawiono w tabeli.