工廠自動(dòng)化、控制和管理已經(jīng)成為全球供應(yīng)鏈的決定性競(jìng)爭(zhēng)力，舉例來(lái)說(shuō)，大批量生產(chǎn)的消費(fèi)類產(chǎn)品和汽車制造都需要安全、高成本效益并且穩(wěn)健的數(shù)據(jù)通信以確?？梢詫?duì)如果沒(méi)有快速受到處理，便可能引起嚴(yán)重利潤(rùn)損失和消費(fèi)者不良印象的問(wèn)題做出反應(yīng)。

　　許多不同產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)工程師逐漸轉(zhuǎn)向采用光纖鏈路方案作為銅電纜媒介的替代品，光纖解決方案可以帶來(lái)能夠進(jìn)行由數(shù)英吋到數(shù)公里等各種不同距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽繑?shù)據(jù)鏈路，并且對(duì)于噪聲的耐受力更高，可以藉由光纖解決方案獲益的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用包括飛機(jī)上的信息娛樂(lè)系統(tǒng)、火車運(yùn)輸系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、賭場(chǎng)以及風(fēng)力和太陽(yáng)能光伏發(fā)電等可再生能源應(yīng)用。

　　可以取代銅電纜數(shù)據(jù)鏈路并且安裝簡(jiǎn)易的光纖

　　雖然銅電纜和光纖都可以作為傳輸媒介，但光纖解決方案為系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師提供了許多明顯的好處，相較于銅電纜解決方案，通過(guò)塑料光纖(POF， Plastic Optical Fiber)或較長(zhǎng)距離時(shí)硬包層石英(HCS， Hard Clad Silica)光纖運(yùn)行的工業(yè)用快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet)有許多優(yōu)勢(shì)，采用銅電纜的通信鏈路容易受到電磁場(chǎng)的干擾，并且也會(huì)發(fā)出可能干擾其他設(shè)備的電磁波，而光纖鏈路則不會(huì)受到電磁場(chǎng)影響，也不會(huì)產(chǎn)生任何電磁干擾(EMI， Electro Magnetic Interference)。

　　選擇光纖的其它好處包括重量輕、鏈路兩側(cè)完全電氣隔離、容易現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行終端處理和維護(hù)、因較小彎折半徑更易于安裝，以及較不容易因?yàn)闃O端溫度和濕度情況造成性能變化等。光纖解決方案也非常適合存在電機(jī)和高電壓的高速開關(guān)電路，如電力轉(zhuǎn)換、汽車制造、醫(yī)療以及風(fēng)力和太陽(yáng)能光伏發(fā)電等可再生能源應(yīng)用的的高噪聲工業(yè)環(huán)境，光纖技術(shù)并提供了數(shù)據(jù)的安全性，因?yàn)閹缀醪豢赡鼙I接光波通信。

　　如圖1，多模HCS和POF光纖提供了長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸最高等級(jí)的信號(hào)完整性，多模光纖特別適合離岸風(fēng)力發(fā)電渦輪機(jī)控制系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)艙和地面的連接，在這類應(yīng)用中鏈路長(zhǎng)度超過(guò)200米。

　　
圖1：快速以太網(wǎng)通信距離可以通過(guò)光纖技術(shù)延伸到數(shù)公里。

　　光纖可以隔離系統(tǒng)并提供帶來(lái)更佳可靠度和安全性的電隔離

　　由于光纖鏈路媒介基本上采用玻璃或塑膠，因此在絕緣和隔離特性上遠(yuǎn)比常見的銅電纜優(yōu)秀許多，原因是它們不會(huì)受到EMI的干擾，如圖2中以紅色標(biāo)示的5米長(zhǎng)POF或100米長(zhǎng)HCS光纖就提供了高噪聲環(huán)境下相對(duì)于銅電纜線的許多優(yōu)勢(shì)。采用光纖解決方案，在光纖本身或者是光纖和銅電纜間不會(huì)有相互干擾問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)傳輸更加安全。光纖對(duì)于閃電電擊有較高的耐受力，并且有助于消除接地環(huán)路所造成的錯(cuò)誤，在面臨惡劣條件或可能暴露的環(huán)境時(shí)，適當(dāng)使用光纖解決方案可以藉由通過(guò)降低閃電電擊可能帶來(lái)的損害以及電氣火花造成的沖擊而提高安全性。

　　
圖2：以紅色標(biāo)示的光纖鏈路不會(huì)受到工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境所產(chǎn)生EMI的影響。

　　除了成為相較于銅電纜更高成本效益的解決方案外，光纖，如單模、多模，HCS和POF等都可以被放置在纜線導(dǎo)管內(nèi)，不會(huì)受到臨近電源的影響，另一方面，使用光纖也更容易符合電磁兼容(EMC， Electron Magnetic Compliance)相關(guān)規(guī)章和法規(guī)的要求，請(qǐng)參考圖3。

　　
圖3：光纖具有銅電纜無(wú)法匹敵的EMI耐受力和通信鏈路距離。

 　　另外，以塑料光纖為例，在安裝時(shí)不需特別的工具，并且訓(xùn)練也非常容易，POF光纜已經(jīng)被應(yīng)用在各種惡劣的工業(yè)環(huán)境，例如汽車組裝等超過(guò)15年，POF也適合短距離到中等距離鏈路應(yīng)用，并且非常容易于現(xiàn)場(chǎng)安裝，有助于簡(jiǎn)化設(shè)備和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的連接，工業(yè)應(yīng)用中另一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)是維護(hù)成本非常低。

　　光纖和光纖收發(fā)器、接收器以及發(fā)射器全部都通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，光纖技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)高容量電信鏈路系統(tǒng)的驗(yàn)證，其中產(chǎn)品壽命更超過(guò)10年以上，部份光纖零組件供應(yīng)商更擁有垂直整合能力，可以自行生產(chǎn)發(fā)射器中使用的激光二極管以及接收器中的PIN二極管，進(jìn)一步完整掌控產(chǎn)品質(zhì)量和交貨時(shí)間。

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

　　目前飛機(jī)上的信息娛樂(lè)系統(tǒng)已經(jīng)變得越來(lái)越先進(jìn)并且越來(lái)越復(fù)雜，隨著視頻質(zhì)量的提升，較大尺寸視頻屏幕變得越來(lái)越普遍，飛機(jī)制造商隨時(shí)都在尋求可以降低飛機(jī)重量的方法，以單一線路而言，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(shù)據(jù)，因此成為航空信息娛樂(lè)系統(tǒng)的良好選擇。

　　光纖技術(shù)也出現(xiàn)在航空母艦和游輪上，許多現(xiàn)代化的火車也使用光纖以及光纖收發(fā)器、接收器和發(fā)射器，火車動(dòng)力源、推進(jìn)系統(tǒng)以及駕駛控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)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(tǒng)也可經(jīng)由使用光纖獲益，包括更長(zhǎng)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火車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN， Train Communication Network)標(biāo)準(zhǔn)的制定目的在定義火車使用的通信架構(gòu)和通信協(xié)議，基本上TCN定義了列車總線(WTB， Wire Train Bus)和多功能車輛總線(MVB， Multifunction Vehicles Bus)。WTB用來(lái)連結(jié)車廂，MVB則用來(lái)連接一個(gè)車廂或多個(gè)車廂間的設(shè)備，MVB可以以三種不同媒介形式運(yùn)行，包括短距離的RS-485，低于200米的變壓器耦和雙絞線對(duì)，以及長(zhǎng)達(dá)2公里的光學(xué)玻璃光纖。光學(xué)玻璃光纖由于對(duì)電氣噪聲具有高耐受力，因此是火車機(jī)車MVB的較佳選擇。光纖將控制器連接到設(shè)備或次系統(tǒng)，例如電力電子設(shè)備、電機(jī)控制器和無(wú)線電等，MVB也連接駕駛車廂中的設(shè)備以用來(lái)控制燈光、車門、空調(diào)以及火車車站和到站信息等乘客便利顯示系統(tǒng)，采用冗余設(shè)計(jì)可以提高可靠度，MVB使用冗余光纖設(shè)計(jì)，設(shè)備傳輸可以在兩條線路上進(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。

　　火車網(wǎng)絡(luò)目前已經(jīng)變得越來(lái)越復(fù)雜，每個(gè)車站都連接到中央計(jì)算機(jī)以便進(jìn)行排班和事件的更新，車站必須來(lái)回傳送數(shù)據(jù)，距離可能達(dá)到數(shù)百米甚至數(shù)公里，通過(guò)光纜的使用，可以在更長(zhǎng)的距離傳輸更多的數(shù)據(jù)，包括視頻等，并且比銅電纜更加可靠。另外，這些應(yīng)用的纜線會(huì)被安排在一起，由一個(gè)車站連接到另一個(gè)車站，或者由一個(gè)火車車廂連接到另一個(gè)，銅電纜在這樣相鄰布線的情況下可能會(huì)造成干擾，但光纜在EMI上的優(yōu)勢(shì)使它們不會(huì)受到這些問(wèn)題的影響。

　　在使用電力網(wǎng)供電的火車中，會(huì)由三相交流電網(wǎng)取得單相電源以提供火車所需的兩相電源，這會(huì)造成電網(wǎng)的不平衡而必須加以補(bǔ)償，一個(gè)最常用來(lái)平衡并回復(fù)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(bǔ)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關(guān)控制和操作，這就產(chǎn)生了會(huì)把電氣噪聲感應(yīng)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(tǒng)中傳送控制信號(hào)到設(shè)備的最好媒介。

　　火車的信號(hào)傳送也可以由光纖技術(shù)在高噪聲環(huán)境中可靠的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)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(yī)療影像處理設(shè)備，例如核磁共振攝影(MRI， Magnetic Resonance Imaging)和X光機(jī)等應(yīng)用，在電機(jī)和電磁輻射環(huán)境下，這些機(jī)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(yùn)行，高EMI耐受力和電氣隔離對(duì)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(yīng)用方面，賭場(chǎng)擁有許多連接到中央計(jì)算機(jī)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、營(yíng)銷活動(dòng)以及視頻保安的需求，對(duì)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?yàn)閹缀醪豢赡鼙I接光纜上的信號(hào)。

　　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(yīng)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)力電廠和太陽(yáng)能發(fā)電在遠(yuǎn)端甚至離岸地區(qū)運(yùn)作，因此大量光纖技術(shù)的采用就成了它可靠度和穩(wěn)健性的最好證明，停機(jī)和意外修復(fù)可能會(huì)大幅度影響可再生能源系統(tǒng)的成本和使用，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就必須加以避免，光纖鏈路應(yīng)用在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)艙內(nèi)，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(yuǎn)端管理設(shè)備間的數(shù)據(jù)鏈路。

　　光纖本身的隔離能力也帶來(lái)了只需數(shù)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(dá)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(qū)動(dòng)以及醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)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(xiàn)代光纖系統(tǒng)可以有效監(jiān)測(cè)運(yùn)行避免停機(jī)和意外修復(fù)

　　在速度、可靠度以及主動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)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(dá)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(yīng)用的惡劣環(huán)境。

　　AFBR-5978Z收發(fā)器具有一個(gè)強(qiáng)化的數(shù)字診斷接口，符合“光纖收發(fā)器數(shù)字診斷接口(DMI， Digital Diagnostic Monitoring Interface)”標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)場(chǎng)總線(FieldBus)網(wǎng)絡(luò)提供了升級(jí)路徑，相較于INTERBUS的2MBd、PROFIBUS的12MBd以及SERCOS的12MBd和16MBd，可以達(dá)到125MBd的傳輸速度，它同時(shí)也提供了開放式架構(gòu)多重通信協(xié)議接口，允許標(biāo)準(zhǔn)以及特有現(xiàn)場(chǎng)總線可以交互操作，升級(jí)到工業(yè)用快速以太網(wǎng)允許工廠廠區(qū)的機(jī)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(yuǎn)端診斷和機(jī)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(yùn)行信息的能力，取得的參數(shù)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(yīng)用中擁有進(jìn)行零組件監(jiān)測(cè)、故障隔離以及失效預(yù)測(cè)的能力，另外，DMI也完整地集成了實(shí)現(xiàn)數(shù)字警報(bào)的功能。

　　在更高等級(jí)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)集線器進(jìn)行整個(gè)企業(yè)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)率和連接器選擇，可以滿足各種工業(yè)通信和工廠自動(dòng)化應(yīng)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(shè)計(jì)工程師帶來(lái)聚焦于特定設(shè)計(jì)目標(biāo)的優(yōu)勢(shì)，分立零組件可以提供符合特定要求的設(shè)計(jì)靈活度，而集成型零組件解決方案則可以節(jié)省設(shè)計(jì)花費(fèi)，極小化風(fēng)險(xiǎn)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(tǒng)穩(wěn)健度的EMI耐受力、可在長(zhǎng)距離下維持的信號(hào)完整性，以及高數(shù)據(jù)安全性等應(yīng)用設(shè)計(jì)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。