Технология оптического волокна существует уже более века, но только в последнее десятилетие она начала появляться в промышленной автоматизации. Большинство инноваций, которые сейчас включают в себя наиболее часто используемые протоколы и технологии в современной автоматизации, можно проследить до начала компьютерной эры. Во второй половине 20-го века (и тем более в первые два десятилетия этого века) наблюдались все более быстрые улучшения во всех областях, что привело к появлению аппаратных и программных платформ и инструментов для автоматизации, которые у нас есть сегодня.
С другой стороны, волоконная оптика началась как серия демонстрационных исследований методов преломления света. Во второй половине XIX века, еще до того, как появилось какое-либо практическое применение, многие ученые разработали эффективные способы «транспортировки» света. Затем, начиная с 20-го века, первые применения оптического волокна появились в медицинском секторе, помогая передавать изображения и обеспечивать точное освещение.
Спустя десятилетия, в 1965 году, немецкий физик Манфред Бурнер создал первую волоконно-оптическую систему передачи данных. Это был прорыв, который ускорил распространение технологии. Новая среда передачи с использованием волокон из кварцевого стекла высокой чистоты помогла увеличить длину кабеля, а также минимизировать затухание (повысить мощность сигнала). Телекоммуникационные компании быстро заменили медные провода оптическими волокнами для установки на большие расстояния, когда это решение оказалось более рентабельным. За последние два десятилетия средства оптоволоконной физической среды были усовершенствованы, что сделало эту технологию не только быстрее, но и более надежной и экономичной для приложений автоматизации. Одновременно, по мере того, как предприятия становятся более автоматизированными, объем данных, обрабатываемых на многих производственных объектах, экспоненциально увеличивается, что в некоторых случаях приводит к тому, что оптоволоконные кабели почти становятся необходимостью.
Скорость передачи по оптоволоконному кабелю может составлять от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с, в зависимости от кабеля. Ключом к достижению этой удивительной скорости является то, что данные передаются с использованием света вместо электронных сигналов. Ученые, работающие в этой области, стремятся оптимизировать передачу света через физические среды. Другими словами, цель состоит в том, чтобы минимизировать потери и ослабление и приблизиться к скорости света в вакууме. Волоконно-оптический кабель состоит из пяти основных компонентов: сердечник, оболочка, покрытие, армирование, внешняя оболочка.
Сердечник состоит из множества волокон, пропускающих свет - до 276 в некоторых конструкциях. Эти волокна сделаны из стекла или пластика. Оболочка полностью закрывает сердцевину, и ее цель – минимизировать потери на преломление света. Она изготовлена из полимеров с очень низким показателем преломления. Покрытие, армирование и внешняя оболочка являются ключевыми для защиты волокон внутри от внешних элементов и обеспечения высокой прочности.
Имейте в виду, что оптоволоконные сети устанавливаются под водой в океане, где они должны противостоять воздействию воды и разрушающим силам.
Существует два типа волоконно-оптических кабелей: многомодовый (MMF) и одномодовый (SMF). Кабель MMF имеет большую жилу, и свет распространяется медленнее, чем кабель SMF. Кабели MMF лучше подходят для приложений «ближнего действия», таких как автоматизация зданий и промышленная автоматизация. SMF-кабели более дороги, но превосходно подходят для надежной передачи данных на очень большие расстояния (например, в некоторых случаях до сотен километров). Кабели SMF предпочтительны в телекоммуникациях.
Волоконно-оптические сети должны передавать данные устройствам, работающим с электронными сигналами. Другими словами, в какой-то момент оптические сигналы должны быть преобразованы в электронные, и наоборот. Это достигается с помощью преобразователей из электрического в оптический и из оптического в электрический. Эти устройства используют диоды для передачи и поглощения света, который затем преобразуется в электрический сигнал.
Сети MMF приобрели популярность в автоматизации производства не только из-за увеличения скорости передачи данных и пропускной способности, но и благодаря способности физических носителей надежно работать в этих средах. Оптические волокна невосприимчивы к электрическим и магнитным помехам. Кроме того, многочисленные защитные слои кабеля устойчивы к высоким температурам и другим опасным средам.
Наиболее распространенное применение на заводах – это магистральная кабельная разводка. В соответствии с этой концепцией жизненно важные соединения с интенсивным трафиком между серверными, производственными цехами и фронт-офисами выполняются с помощью оптоволоконных кабелей. Эти магистрали должны быть тщательно спроектированы с учетом будущих расширений и потребностей в данных.
Индустрия 4.0 и волоконная оптика – два тесно связанных понятия. Считается, что оптоволоконные сети будут иметь важное значение в ближайшем будущем, поскольку автоматизированные системы приближаются к пределам нынешних физических сред на основе Ethernet. Эти сети выйдут за пределы магистральных кабелей и проникнут в производственный цех, напрямую соединяя машины. Будущее оптоволокна выглядит многообещающим: относительно старая концепция переживает новый технологический бум.
© digitrode.ru