光纤在工业应用中的优势及特性

 

 

以太网已从传统办公环境传播到各个领域，包括如工厂和楼宇自动化的恶劣工业环境。今天，铜缆是以太网最常用的选项，但光缆因其长距离能力，及电隔离接口的众多优点，在工业应用中取得越来越多的成功。

数据包丢失或损坏可能会使任何网络发生故障，但对工业总线来讲，这更成问题。这些总线具备一些同步水平，以保持严格控制和精度。大多数工业总线使用特定的时间同步数据包通过连续和不间断的通信实现同步。当数据包未到达时，它不仅影响下移至链路的节点同步，而且还导致额外的数据包传输，造成数据包丢失或损坏。

缓和数据包丢失和数据包出错的重要性需在工业环境中考虑几个方面的内容。用于处理辐射和传导发射以及电隔离需求所出现的问题的技术。缩短网络部件之间的距离可以最大限度地减少数据包丢失和数据包出错的概率。光缆具有固有特性，可提供新方法来应对这些挑战，并解决与链接丢失或以太网物理层（PHY）损伤相关的潜在问题。

辐射/传导发射

一种工业环境中可以包括各种电磁辐射源。电机和机械设备能产生耦合到铜缆的寄生信号，并导致数据包出错。这些信号会干扰工业总线赖以生存的稳定信息流。最坏的情况是，电缆甚至可能成为使高能量级到达PHY的路径，导致链路发生损耗甚至损坏。

而光缆可以解决其中的一些问题。它没有使铜缆中发生辐射的电磁特性。光缆通过塑料或玻璃传递光。因为铜缆的存在，不会产生磁场，而光缆也不容易受到功率骤增和工业环境中能量瞬变脉冲的影响。

电气隔离

在光纤网络中，节点之间没有电气连接。因此，网络节点不能在电缆上形成不同的共模电压电平或共模瞬变，这可能会影响数据包。若高电压会引发安全问题，可能还需要光纤。

当使用铜缆时，以太网网络节点通常是变压器耦合到电缆。虽然这确实具有隔离作用，但网络节点之间仍存在电气连接。光缆通过消除任何直接的电气路径再添加一个隔离层。

距离

电气和电子工程师协会（IEEE）802.3规范将标准以太网定义为可在100米的铜缆上工作。虽然对大多数应用来讲，该距离已足够，但在数据包不出错的条件下，对于物理铜媒介可支持的距离还有一个基本限制。正如图1所示，5类（CAT 5）电缆的衰减条件限制了某些应用。

 

 

 

图1：电子工业联盟/电信工业协会（EIA/TIA）5类电缆的衰减与频率

光纤通信支持的距离要远得多。其中，铜缆网络的节点间距为数十米，而光纤网络的节点间离可达数百米或数千米。因此在工业应用中，可以在楼宇之间或在连接大功率电网的变电站之间桥接网络。

光纤通信在不久的将来将成为工业网络的重要组成部分。它使工业以太网具有了一些极富吸引力的特性，能够让用户在恶劣的环境和远距离条件下操作，并具有优良的电绝缘特性。

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其他资源

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?   DP83849IF PHYTER双端口10/100Mb以太网物理层收发器

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?   介质转换器 - RJ45到光纤转换器参考设计。

?   采用IEEE 1588精密时间协议（PTP）收发器的10/100 Mbps工业以太网砖型模块。

?   下载以下应用报告：

?   “AN-1862在以太网10/100 LAN应用中降低辐射发射。”

?   “工厂自动化的延迟。”