Was ist ein industrieller Glasfaser-Transceiver? Ein praktischer Leitfaden zu industriellen optischen Verbindungen

Industrieanlagen arbeiten häufig in Umgebungen, in denen elektromagnetische Störungen, elektrische Potentialunterschiede, Vibrationen, Temperaturänderungen,und begrenzte Installationsfläche können die Kommunikationssicherheit beeinträchtigen.

Die Glasfaser wird in diesen Situationen weit verbreitet, da sie einen nicht leitfähigen Signalpfad bieten und natürlicherweise gegen elektromagnetische Störungen resistent sind.

Einmit einer Leistung von mehr als 10 WUmwandelt elektrische Signale in optische Signale für die Übertragung durch Glasfaser und umwandelt empfangene optische Signale wieder in elektrische Signale.Der Sender selbst ist nur ein Teil des Systems..

Eine zuverlässige industrielle optische Verbindung hängt auch von derArt der Faser, Kabelkonstruktion, Verbindungsschnittstelle, Endqualität, optische Leistungsmarge und Installationsumgebung.

Dies ist besonders wichtig in industriellen Anwendungen, in denen das Kabel möglicherweise Biegen, Vibrationen, Temperaturänderungen, mechanische Belastungen oder wiederholten Betrieb über längere Zeiträume standhalten muss.

Ein industrieller Glasfasertransceiver stellt die Schnittstelle zwischen elektrischer Ausrüstung und einer Glasfaserverbindung bereit.

Seine grundlegende Funktion kann wie folgt dargestellt werden:

Abhängig von der Ausstattung können Sender und Empfänger separate optische Komponenten sein oder in ein Kommunikationsmodul integriert sein.

Diese optischen Verbindungen werden üblicherweise in Maschinen, zwischen Steuerungen und Antrieben, zwischen verschiedenen Teilen von Antrieben,oder wo immer die Kommunikation eine elektrisch isolierte Grenze überschreiten muss.

Der Begriff kann viele Arten von industriellen optischen Schnittstellen abdecken. Er bezieht sich nicht nur auf SFP- oder QSFP-Module, die in Ethernet-Switches und Rechenzentren verwendet werden.

Einer der Hauptgründe sind elektromagnetische Störungen.

Industrielle Systeme enthalten oft Motoren, Servoantriebe, Wechselrichter, Umrichter, Schaltnetzteile, Transformatoren und andere leistungsstarke elektrische Geräte.Kupfer-Signalkabel, die in der Nähe dieser Geräte betrieben werden, können durch elektrisches Rauschen beeinträchtigt werden.

Die optische Faser trägt Informationen mit Licht anstelle von elektrischem Strom, so dass die Faser selbst nicht auf die gleiche Weise von elektromagnetischen Störungen betroffen ist.

Die Faser bietet auch eine elektrische Isolation, da sie nicht leitfähig ist, wodurch Signale zwischen verschiedenen Teilen eines Systems passieren können, ohne einen leitfähigen elektrischen Pfad zu erzeugen.

Diese Eigenschaft ist besonders nützlich in der Leistungselektronik, Hochspannungssteuerung, Energiespeicherung, Servosystemen und industrieller Automatisierung.

Wenn eine industrielle Glasfaserverbindung instabil wird, ist der Transceiver oft eine der ersten Komponenten, die überprüft werden müssen.

Aber das Problem löst sich nicht immer durch den Ersatz des Transceivers.

Eine vollständige optische Verbindung kann den Sender, den Empfänger, die Faser, die Schutzkabelstruktur, die Steckverbinder, die Endung, die Faserendflächen, die Adapter,und die tatsächliche Verleitung des Kabels innerhalb der Ausrüstung.

Jedes dieser Elemente kann sich auf die optische Leistung auswirken.

Zum Beispiel kann der Sender ausreichend optische Leistung liefern, aber das System kann immer noch Kommunikationsprobleme haben, wenn die falsche Faser verwendet wird, das Kabel zu fest gebogen ist,Die Verbindung ist schlecht., oder der totale optische Verlust wird zu hoch.

Deshalb sollte die industrielle optische Kommunikation eher als eine vollständige Verbindung als als eine Ansammlung unabhängiger Komponenten bewertet werden.

Industrieempfängersysteme können entwederKunststoff-Optikfaser (POF)oderGlasfaser (GOF).

Die richtige Wahl hängt von der Schnittstelle der Ausrüstung und der Anwendung ab.

Beide Technologien sind nicht automatisch besser.

Glasfaser wird im Allgemeinen bevorzugt, wenn eine geringe Dämpfung, eine längere Entfernung oder eine höhere Bandbreite erforderlich ist.

POF hingegen kann besonders praktisch für die industrielle Kurzstreckenkommunikation sein, bei der elektrische Isolierung, flexible Routing, relativ einfache Endung,und mechanische Handhabung sind wichtig.

Viele industrielle POF-Systeme für kurze Strecken verwenden1 mm-Kern-Plastikoptikfaser, obwohl die genaue Spezifikation immer der optischen Schnittstelle entsprechen muss.

Ein typischer Link kann so aussehen:

Diese Art der Kommunikation findet sich in Servosystemen, Industrieautomation, Wechselrichtern, Leistungselektronik, Energiespeichersystemen und anderen elektrisch isolierten Steuerungsanwendungen.

In diesen Umgebungen ist es wichtig, die richtige Faser auszuwählen, aber nicht genug.

Die fertige Kabelmontage muss auch den tatsächlichen mechanischen und Umweltbedingungen innerhalb der Ausrüstung standhalten.

Die Faser trägt das optische Signal, aber dieDie Kabelkonstruktion bestimmt, wie gut die Faser die Anwendung überlebt.

Dies ist besonders für industrielle POF wichtig.

Eine nackte Faser kann unter Laborbedingungen alle erforderlichen optischen Parameter erfüllen.es kann sich biegen lassen, Ziehen, Abrieb, Vibrationen, Temperaturänderungen oder begrenzter Routingraum.

Die Schutzhülle und die Kabelstruktur ermöglichen es der Faser, unter diesen Bedingungen zuverlässig zu arbeiten.

Für verschiedene Anwendungen können daher unterschiedliche Anforderungen gestellt werden:

• Materialien für Jacken,

• Kabeldurchmesser,

• Verstärkungsanlagen,

• Nenntemperatur,

• Zugfähigkeit,

• Biegeleistung,

• und Abriebfestigkeit.

Zwei Kabelbaugruppen, die dieselbe Art von Glasfaser enthalten, können sich im Betrieb sehr unterschiedlich verhalten, wenn ihre Schutzstrukturen unterschiedlich sind.

Für industrielle Anwendungen sollte die Glasfaser daher zusammen mit der Kabelstruktur und nicht separat ausgewählt werden.

Kabelwellen werden manchmal als sekundäre Spezifikation behandelt, da sie das optische Signal nicht direkt übertragen.

In industriellen Anwendungen kann das Material der Jacken jedoch die langfristige Zuverlässigkeit stark beeinflussen.

Ein Kabel, das in der Nähe einer Wärmegeneratorkomponente installiert wird, benötigt möglicherweise einen höheren Temperaturwiderstand.Andere Anlagen erfordern möglicherweise eine verbesserte Abriebfestigkeit., Öl, Chemikalien oder Zugbelastung.

Aus diesem Grund sollte die Auswahl der Jacken auf der Grundlage der Betriebsumgebung und nicht einfach auf der Kabelfarbe oder dem Außendurchmesser erfolgen.

Dies gilt insbesondere für industrielle POF-Anlagen, bei denen die gleiche Glasfaser in unterschiedliche Kabelkonstruktionen für unterschiedliche Betriebsbedingungen verarbeitet werden kann.

Ein weiterer häufiger Fehler besteht darin, ein Ersatzkabel nur an seinem Steckverbinder zu erkennen.

Zwei Kabel können Verbindungen verwenden, die identisch aussehen und dennoch unterschiedlich funktionieren.

Die optische Schnittstelle hängt auch von Faktoren wie:

• Fasermaterial,

• Faserdurchmesser,

• numerische Blende,

• Betriebswellenlänge,

• Verbindungsgeometrie,

• Ausrichtung der Fasern,

• und die Qualität der Beendigung.

Bei POF-Anlagen kann das Schneiden, Polieren, Verknüpfen und Vorbereiten der Endfläche die optische Kopplung beeinflussen.

Ein Kabel kann daher physisch passt, während immer noch zu einem übermäßigen optischen Verlust.

In praktischer HinsichtDieselbe Verbindung bedeutet nicht unbedingt dieselbe optische Kompatibilität.

Der erste Schritt besteht darin, die für die Ausrüstung erforderliche Fasertechnologie zu bestätigen.

Dies kann POF, Multimode- oder Ein-Mode-Glasfaser, hart beschichtetes Kieselsäurefaser, polymerbeschichtetes Faser oder eine andere spezielle Faser sein.

Die Betriebswellenlänge sollte auch dem Sender, dem Empfänger und der Faser entsprechen.

Der Gesamtverlust kann von der Faser selbst, Verbindungen, Endung, Kopplung, Biegung, Verunreinigungmit einer Breite von mehr als 20 mm,.

Die mechanischen Bedingungen sind ebenso wichtig.

Ein kurzes Kabel, das dauerhaft in einem Schrank installiert ist, hat ganz andere Anforderungen als ein Kabel, das wiederholten Bewegungen, Vibrationen oder engeren Routing ausgesetzt ist.

Der Transceiver kann eine industrielle Temperaturbewertung haben, aber die Faser, die Jacke, der Stecker, der Kleber,und Endmaterialien müssen auch für die gleiche Umgebung geeignet sein.

Wenn eine optische Verbindung ausfällt oder intermittierend wird, sollten mehrere kabelbezogene Fragen berücksichtigt werden, bevor davon ausgegangen wird, dass der Transceiver defekt ist.

Übermäßige Biegung ist eines der häufigsten Probleme: Enge Biegen um Schrankecken, Anschlüsse, Klemmen oder bewegliche Abschnitte können den optischen Verlust erhöhen.

Eine falsche Faserauswahl kann ähnliche Probleme verursachen: Ein Steckverbinder passt physikalisch, obwohl der Faserdurchmesser, die numerische Blende oder die optischen Eigenschaften für die Schnittstelle ungeeignet sind.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist eine schlechte Befestigung: Fehles Schneiden, Polieren, Montieren oder Ausrichten kann die optische Kopplung erheblich beeinträchtigen.

Verunreinigte oder beschädigte Faserendflächen können auch den Verlust erhöhen, während übermäßiges Ziehen oder Zerkleinern während der Installation die Kabelstruktur oder die Faser selbst beschädigen kann.

Schließlich funktionieren einige Verbindungen mit einem sehr geringen optischen Spielraum. Sie können während der ersten Prüfung funktionieren, werden aber später instabil, wenn Temperaturänderungen, Kontamination, Biegung,oder die Veralterung der Komponenten erhöht den Gesamtverlust.

Bei vielen industriellen Wartungsprojekten ist das ursprüngliche Datenblatt für Kabel nicht mehr verfügbar.

In dieser Situation kann das vorhandene Kabel oft durch das Sammeln einiger grundlegender Informationen identifiziert werden.

Die nützlichsten Ausgangspunkte sindModell der Ausrüstung, klare Fotos der beiden Anschlussenden, Kabelmarkierungen, Kabel Außendurchmesser, Kabellänge und Anwendungsumfeld.

Es ist auch nützlich zu wissen, ob das Kabel während des Betriebs fest bleibt oder sich bewegt, sowie die ungefähre Betriebstemperatur.

Wenn Informationen über den Sender oder Empfänger vorliegen, können sie weitere Hinweise auf den gewünschten Fasertyp und die optische Schnittstelle liefern.

Diese Informationen liefern in der Regel eine wesentlich bessere Grundlage für die Auswahl eines Ersatzes als das Erscheinungsbild der Steckverbinder allein.

Nicht jede industrielle POF-Anwendung kann mit einem Standardkabel bedient werden.

Ausrüstungshersteller und Systemintegratoren benötigen möglicherweise unterschiedliche Kabellängen, Verkleidungsmaterialien, Außendurchmesser, Farben, Verbindungskombinationen oder mechanische Strukturen.

Für diese Projekte sollten die optischen und mechanischen Anforderungen gemeinsam bestätigt werden.

Eine typische Spezifikation kann den Fasertyp, die Verbindungskonfiguration, die Kabellänge, den Kabeldurchmesser, die Anforderungen an die Verkleidung, die Betriebstemperatur, die Biegebedingungen, die Anforderungen an die Zugfähigkeit,und akzeptabler optischer Verlust.

Dieser Ansatz trägt dazu bei, daß die fertige Baugruppe nicht nur optisch mit dem Transceiver kompatibel ist, sondern auch für die Umgebung geeignet ist, in der sie tatsächlich betrieben wird.

• Können industrielle Glasfasertransceiver aus Kunststoff verwendet werden?

  POF wird in vielen industriellen Kommunikations- und Steuerungssystemen für kurze Strecken eingesetzt, einschließlich Servo-Geräten, industrieller Automatisierung, Leistungselektronik und elektrisch isolierten Steuerungsleitungen.Die Faser muss mit dem optischen Sender und Empfänger übereinstimmen..

• Woher weiß ich, ob meine Ausrüstung POF oder Glasfaser verwendet?

  Überprüfen Sie die Ausrüstungsdokumentation, den Faserdurchmesser, die Verbindungsschnittstelle, die Betriebswellenlänge und die vorhandenen Kabelmarkierungen.Das Ausrüstungsmodell und klare Fotos des vorhandenen Kabels können häufig helfen, den Fasertyp zu identifizieren.

• Kann ich ein industrielles Glasfaserkabel durch ein anderes Kabel ersetzen, das denselben Steckverbinder verwendet?

  Nicht unbedingt, denn auch die Fasertypen, der Durchmesser, die numerische Blende, die Wellenlänge, die Endung und die optische Leistung müssen mit der Ausrüstung übereinstimmen.

• Wirkt sich das Material der Jackette auf ein Industrie-POF-Kabel aus?

  Ja, die Jacke schützt die Faser und beeinflusst die Funktionsweise des Kabels bei Temperatur, Biegung, Abrieb, Zugkraft und anderen Umgebungsbedingungen.

• Was verursacht einen übermäßigen optischen Verlust in einer industriellen Glasfaserverbindung?

  Häufige Ursachen sind übermäßiges Biegen, falsche Faserauswahl, schlechte Abschlüsse, beschädigte oder kontaminierte Endflächen, Fehlausrichtung der Steckverbinder, mechanische Beschädigungen,und unzureichende optische Leistungsmarge.

• Welche Informationen sind für die Herstellung eines Ersatz- oder kundenspezifischen industriellen POF-Kabels erforderlich?

  Nützliche Informationen sind unter anderem das Ausrüstungsmodell, Verbindungsfotos, Fasertypen, falls bekannt, Kabellänge, Außendurchmesser, Betriebstemperatur, mechanische Bedingungen,und alle verfügbaren optischen Anforderungen.

Ein industrieller Glasfasertransceiver führt die elektrische-optische Umwandlung durch, aber eine zuverlässige Kommunikation hängt von viel mehr ab als vom Transceiver allein.

Das komplette System umfasst:

Für die industrielle Steuerung auf kurze Strecken und die elektrisch isolierte Kommunikation kann POF eine praktische Lösung sein, wenn Flexibilität und mechanische Anpassungsfähigkeit wichtig sind.

Für die Kommunikation über größere Entfernungen oder mit höherer Bandbreite ist Glasfaser häufig geeigneter.

Der Schlüssel besteht darin, die Faser- und Kabelbaugruppe an die tatsächliche Geräteoberfläche und Arbeitsumgebung anzupassen, anstatt ein Produkt auf der Grundlage einer einzigen Spezifikation zu wählen.

Wenn ein vorhandenes industrielles Glasfaserkabel identifiziert oder ersetzt werden muss, sind das Ausrüstungsmodell, die Anschlussfotos, die Kabelmarkierungen, die Länge und die Betriebsbedingungen in der Regel der beste Ausgangspunkt.