Τι είναι ένας βιομηχανικός οπτικός πομποδέκτης; Ένας πρακτικός οδηγός για βιομηχανικούς οπτικούς συνδέσμους

Ο βιομηχανικός εξοπλισμός συχνά λειτουργεί σε περιβάλλοντα όπου ο ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος, οι διαφορές ηλεκτρικού δυναμικού, οι δονήσεις, οι μεταβολές θερμοκρασίας και ο περιορισμένος χώρος εγκατάστασης μπορούν να επηρεάσουν την αξιοπιστία της επικοινωνίας.

Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται ευρέως σε αυτές τις περιπτώσεις επειδή παρέχουν μη αγώγιμη διαδρομή σήματος και είναι φυσικά ανθεκτικές στον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο.

Ένας βιομηχανικός πομποδέκτης οπτικών ινών μετατρέπει τα ηλεκτρικά σήματα σε οπτικά σήματα για μετάδοση μέσω οπτικής ίνας και μετατρέπει τα ληφθέντα οπτικά σήματα πίσω σε ηλεκτρικά σήματα. Ωστόσο, ο ίδιος ο πομποδέκτης είναι μόνο ένα μέρος του συστήματος.

Μια αξιόπιστη βιομηχανική οπτική σύνδεση εξαρτάται επίσης από τον τύπο της οπτικής ίνας, την κατασκευή του καλωδίου, τη διεπαφή του συνδετήρα, την ποιότητα τερματισμού, το περιθώριο οπτικής ισχύος και το περιβάλλον εγκατάστασης.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε βιομηχανικές εφαρμογές όπου το καλώδιο μπορεί να χρειαστεί να αντέχει σε κάμψη, δονήσεις, αλλαγές θερμοκρασίας, μηχανική καταπόνηση ή επαναλαμβανόμενη λειτουργία για μεγάλες χρονικές περιόδους.

Ένας βιομηχανικός πομποδέκτης οπτικών ινών παρέχει τη διεπαφή μεταξύ ηλεκτρικού εξοπλισμού και μιας σύνδεσης οπτικής ίνας.

Η βασική του λειτουργία μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Ανάλογα με τον σχεδιασμό του εξοπλισμού, ο πομπός και ο δέκτης μπορεί να είναι ξεχωριστά οπτικά εξαρτήματα ή ενσωματωμένα σε μια μονάδα επικοινωνίας.

Αυτές οι οπτικές συνδέσεις χρησιμοποιούνται συνήθως μέσα σε μηχανές, μεταξύ ελεγκτών και οδηγών, μεταξύ διαφορετικών τμημάτων εξοπλισμού ισχύος, ή οπουδήποτε η επικοινωνία πρέπει να διασχίσει ένα ηλεκτρικά απομονωμένο όριο.

Ο όρος μπορεί να καλύπτει πολλούς τύπους βιομηχανικών οπτικών διεπαφών. Δεν αναφέρεται μόνο σε μονάδες SFP ή QSFP που χρησιμοποιούνται σε διακόπτες Ethernet και κέντρα δεδομένων.

Ένας από τους κύριους λόγους είναι ο ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος.

Τα βιομηχανικά συστήματα συχνά περιέχουν κινητήρες, σερβοκινητήρες, μετατροπείς, μετατροπείς ισχύος, τροφοδοτικά μεταγωγής, μετασχηματιστές και άλλο ηλεκτρικό εξοπλισμό υψηλής ισχύος. Τα καλώδια σημάτων χαλκού που λειτουργούν κοντά σε αυτές τις συσκευές μπορεί να επηρεαστούν από ηλεκτρικό θόρυβο.

Η οπτική ίνα μεταφέρει πληροφορίες χρησιμοποιώντας φως αντί για ηλεκτρικό ρεύμα, οπότε η ίδια η ίνα δεν επηρεάζεται από τον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο με τον ίδιο τρόπο.

Η οπτική ίνα παρέχει επίσης ηλεκτρική απομόνωση επειδή είναι μη αγώγιμη. Αυτό επιτρέπει στα σήματα να περνούν μεταξύ διαφορετικών τμημάτων ενός συστήματος χωρίς να δημιουργείται αγώγιμη ηλεκτρική διαδρομή.

Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στην ηλεκτρονική ισχύος, τον έλεγχο υψηλής τάσης, την αποθήκευση ενέργειας, τα σερβο συστήματα και την βιομηχανική αυτοματοποίηση.

Όταν μια βιομηχανική οπτική σύνδεση γίνεται ασταθής, ο πομποδέκτης είναι συχνά ένα από τα πρώτα εξαρτήματα που ελέγχονται.

Ωστόσο, η αντικατάσταση του πομποδέκτη δεν λύνει πάντα το πρόβλημα.

Μια πλήρης οπτική σύνδεση μπορεί να περιλαμβάνει τον πομπό, τον δέκτη, την οπτική ίνα, την προστατευτική δομή του καλωδίου, τους συνδετήρες, τον τερματισμό, τις όψεις των άκρων της οπτικής ίνας, τους προσαρμογείς και την πραγματική δρομολόγηση του καλωδίου μέσα στον εξοπλισμό.

Οποιοδήποτε από αυτά τα στοιχεία μπορεί να επηρεάσει την οπτική απόδοση.

Για παράδειγμα, ο πομπός μπορεί να παρέχει επαρκή οπτική ισχύ, αλλά το σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει προβλήματα επικοινωνίας εάν χρησιμοποιηθεί η λανθασμένη οπτική ίνα, το καλώδιο λυγίσει πολύ σφιχτά, ο τερματισμός του συνδετήρα είναι κακός ή η συνολική οπτική απώλεια γίνει πολύ υψηλή.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η βιομηχανική οπτική επικοινωνία πρέπει να αξιολογείται ως μια πλήρης σύνδεση και όχι ως μια συλλογή ανεξάρτητων εξαρτημάτων.

Τα βιομηχανικά συστήματα πομποδεκτών μπορεί να χρησιμοποιούν είτε πλαστική οπτική ίνα (POF) είτε γυάλινη οπτική ίνα (GOF).

Η σωστή επιλογή εξαρτάται από τη διεπαφή του εξοπλισμού και την εφαρμογή.

Καμία τεχνολογία δεν είναι αυτόματα καλύτερη.

Η γυάλινη οπτική ίνα προτιμάται γενικά όπου απαιτείται χαμηλή εξασθένηση, μεγαλύτερη απόσταση ή υψηλότερο εύρος ζώνης.

Η POF, από την άλλη πλευρά, μπορεί να είναι ιδιαίτερα πρακτική για βιομηχανικές επικοινωνίες μικρής απόστασης όπου η ηλεκτρική απομόνωση, η ευέλικτη δρομολόγηση, ο σχετικά απλός τερματισμός και ο μηχανικός χειρισμός είναι σημαντικά.

Πολλά βιομηχανικά συστήματα POF μικρής απόστασης χρησιμοποιούν πλαστική οπτική ίνα με πυρήνα 1 mm, αν και η ακριβής προδιαγραφή πρέπει πάντα να ταιριάζει με την οπτική διεπαφή.

Μια τυπική σύνδεση μπορεί να μοιάζει ως εξής:

Αυτός ο τύπος επικοινωνίας μπορεί να βρεθεί σε σερβο συστήματα, βιομηχανική αυτοματοποίηση, μετατροπείς, ηλεκτρονική ισχύος, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και άλλες ηλεκτρικά απομονωμένες εφαρμογές ελέγχου.

Σε αυτά τα περιβάλλοντα, η επιλογή της σωστής οπτικής ίνας είναι σημαντική, αλλά δεν αρκεί.

Η τελική συναρμολόγηση καλωδίου πρέπει επίσης να επιβιώσει από τις πραγματικές μηχανικές και περιβαλλοντικές συνθήκες εντός του εξοπλισμού.

Η οπτική ίνα μεταφέρει το οπτικό σήμα, αλλά η κατασκευή του καλωδίου καθορίζει πόσο καλά η οπτική ίνα επιβιώνει στην εφαρμογή.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τη βιομηχανική POF.

Μια γυμνή οπτική ίνα μπορεί να πληροί όλες τις απαιτούμενες οπτικές παραμέτρους υπό εργαστηριακές συνθήκες. Μόλις εγκατασταθεί μέσα σε ένα σερβο σύστημα, μετατροπέα, ερμάριο ελέγχου ή μονάδα αποθήκευσης ενέργειας, ωστόσο, μπορεί να εκτεθεί σε κάμψη, έλξη, τριβή, δονήσεις, μεταβολές θερμοκρασίας ή περιορισμένο χώρο δρομολόγησης.

Το προστατευτικό περίβλημα και η δομή του καλωδίου είναι αυτά που επιτρέπουν στην οπτική ίνα να λειτουργεί αξιόπιστα υπό αυτές τις συνθήκες.

Διαφορετικές εφαρμογές μπορεί επομένως να απαιτούν διαφορετικά:

• υλικά περιβλήματος,

• διαμέτρους καλωδίου,

• δομές ενίσχυσης,

• θερμοκρασιακές βαθμολογήσεις,

• μηχανικές ιδιότητες εφελκυσμού,

• απόδοση κάμψης,

• και αντοχή στην τριβή.

Δύο συναρμολογήσεις καλωδίων που περιέχουν τον ίδιο τύπο οπτικής ίνας μπορούν να συμπεριφερθούν πολύ διαφορετικά στην υπηρεσία εάν οι προστατευτικές τους δομές είναι διαφορετικές.

Για βιομηχανικές εφαρμογές, η οπτική ίνα πρέπει επομένως να επιλέγεται μαζί με τη δομή του καλωδίου και όχι ξεχωριστά.

Τα περιβλήματα των καλωδίων αντιμετωπίζονται μερικές φορές ως δευτερεύουσα προδιαγραφή επειδή δεν μεταδίδουν άμεσα το οπτικό σήμα.

Σε βιομηχανικές εφαρμογές, ωστόσο, το υλικό του περιβλήματος μπορεί να επηρεάσει έντονα τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία.

Ένα καλώδιο που εγκαθίσταται κοντά σε μια εξάρτηση που παράγει θερμότητα μπορεί να απαιτεί υψηλότερη αντοχή στη θερμοκρασία. Ένα καλώδιο που δρομολογείται μέσω κινούμενων μηχανημάτων μπορεί να χρειάζεται καλύτερη ευελιξία και απόδοση κάμψης. Άλλες εγκαταστάσεις μπορεί να απαιτούν βελτιωμένη αντοχή στην τριβή, το λάδι, τα χημικά ή την εφελκυστική τάση.

Για αυτόν τον λόγο, η επιλογή του περιβλήματος πρέπει να βασίζεται στο περιβάλλον λειτουργίας και όχι απλώς στο χρώμα του καλωδίου ή στην εξωτερική διάμετρο.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σχετικό για τις βιομηχανικές συναρμολογήσεις POF, όπου η ίδια οπτική ίνα μπορεί να επεξεργαστεί σε διαφορετικές κατασκευές καλωδίων για διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας.

Ένα άλλο κοινό λάθος είναι η αναγνώριση ενός καλωδίου αντικατάστασης μόνο από τον συνδετήρα του.

Δύο καλώδια μπορεί να χρησιμοποιούν συνδετήρες που φαίνονται πανομοιότυποι και παρόλα αυτά να έχουν διαφορετική απόδοση.

Η οπτική διεπαφή εξαρτάται επίσης από παράγοντες όπως:

• υλικό οπτικής ίνας,

• διάμετρος οπτικής ίνας,

• αριθμητικό άνοιγμα,

• μήκος κύματος λειτουργίας,

• γεωμετρία συνδετήρα,

• ευθυγράμμιση οπτικής ίνας,

• και ποιότητα τερματισμού.

Για συναρμολογήσεις POF, η κοπή, η στίλβωση, η συναρμολόγηση συνδετήρα και η προετοιμασία της όψης του άκρου μπορούν όλα να επηρεάσουν την οπτική σύζευξη.

Ένα καλώδιο μπορεί επομένως να ταιριάζει φυσικά ενώ εξακολουθεί να δημιουργεί υπερβολική οπτική απώλεια.

Σε πρακτικούς όρους, ο ίδιος συνδετήρας δεν σημαίνει απαραίτητα την ίδια οπτική συμβατότητα.

Το πρώτο βήμα είναι να επιβεβαιωθεί η τεχνολογία οπτικής ίνας που απαιτείται από τον εξοπλισμό.

Αυτό μπορεί να είναι POF, γυάλινη οπτική ίνα πολλαπλών λειτουργιών ή μονής λειτουργίας, πυρίτιο σκληρής επικάλυψης, οπτική ίνα με πολυμερική επικάλυψη ή άλλη ειδική οπτική ίνα.

Το μήκος κύματος λειτουργίας πρέπει επίσης να ταιριάζει με τον πομπό, τον δέκτη και την οπτική ίνα.

Στη συνέχεια, η απόσταση μετάδοσης πρέπει να εξεταστεί μαζί με τον προϋπολογισμό οπτικής ισχύος. Η συνολική απώλεια μπορεί να προέρχεται από την ίδια την οπτική ίνα, τους συνδετήρες, τον τερματισμό, τη σύζευξη, την κάμψη, τη μόλυνση και άλλα μέρη της οπτικής διαδρομής.

Οι μηχανικές συνθήκες είναι εξίσου σημαντικές.

Ένα κοντό καλώδιο που εγκαθίσταται μόνιμα μέσα σε ένα ερμάριο έχει πολύ διαφορετικές απαιτήσεις από ένα καλώδιο που εκτίθεται σε επαναλαμβανόμενη κίνηση, δονήσεις ή σφιχτή δρομολόγηση.

Η θερμοκρασία πρέπει επίσης να αξιολογείται σε ολόκληρη τη συναρμολόγηση. Ο πομποδέκτης μπορεί να έχει βιομηχανική βαθμολογία θερμοκρασίας, αλλά η οπτική ίνα, το περίβλημα, ο συνδετήρας, η κόλλα και τα υλικά τερματισμού πρέπει επίσης να είναι κατάλληλα για το ίδιο περιβάλλον.

Όταν μια οπτική σύνδεση αποτυγχάνει ή γίνεται διακοπτόμενη, πρέπει να εξεταστούν διάφορα ζητήματα που σχετίζονται με το καλώδιο πριν υποτεθεί ότι ο πομποδέκτης είναι ελαττωματικός.

Η υπερβολική κάμψη είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα προβλήματα. Οι σφιχτές κάμψεις γύρω από γωνίες ερμαρίων, εξόδους συνδετήρων, σφιγκτήρες ή κινούμενα τμήματα μπορούν να αυξήσουν την οπτική απώλεια.

Η λανθασμένη επιλογή οπτικής ίνας μπορεί να δημιουργήσει παρόμοια προβλήματα. Ένας συνδετήρας μπορεί να ταιριάζει φυσικά παρόλο που η διάμετρος της οπτικής ίνας, το αριθμητικό άνοιγμα ή τα οπτικά χαρακτηριστικά είναι ακατάλληλα για τη διεπαφή.

Ο κακός τερματισμός είναι ένας άλλος σημαντικός παράγοντας. Η λανθασμένη κοπή, στίλβωση, συναρμολόγηση ή ευθυγράμμιση μπορεί να μειώσει σημαντικά την οπτική σύζευξη.

Οι μολυσμένες ή κατεστραμμένες όψεις των άκρων της οπτικής ίνας μπορούν επίσης να αυξήσουν την απώλεια, ενώ η υπερβολική έλξη ή σύνθλιψη κατά την εγκατάσταση μπορεί να καταστρέψει τη δομή του καλωδίου ή την ίδια την οπτική ίνα.

Τέλος, ορισμένες συνδέσεις λειτουργούν με πολύ μικρό οπτικό περιθώριο. Μπορεί να λειτουργούν κατά την αρχική δοκιμή, αλλά να γίνονται ασταθείς αργότερα καθώς οι αλλαγές θερμοκρασίας, η μόλυνση, η κάμψη ή η γήρανση των εξαρτημάτων αυξάνουν τη συνολική απώλεια.

Σε πολλά έργα βιομηχανικής συντήρησης, το αρχικό φύλλο δεδομένων του καλωδίου δεν είναι πλέον διαθέσιμο.

Σε αυτή την περίπτωση, το υπάρχον καλώδιο μπορεί συχνά να αναγνωριστεί συλλέγοντας μερικές βασικές πληροφορίες.

Τα πιο χρήσιμα σημεία εκκίνησης είναι το μοντέλο του εξοπλισμού, καθαρές φωτογραφίες και των δύο άκρων του συνδετήρα, σήμανση του καλωδίου, εξωτερική διάμετρος του καλωδίου, μήκος καλωδίου και περιβάλλον εφαρμογής.

Είναι επίσης χρήσιμο να γνωρίζετε εάν το καλώδιο παραμένει σταθερό ή κινείται κατά τη λειτουργία, καθώς και την κατά προσέγγιση θερμοκρασία λειτουργίας.

Εάν είναι διαθέσιμες πληροφορίες για τον πομπό ή τον δέκτη, μπορούν να παρέχουν περαιτέρω ενδείξεις σχετικά με τον απαιτούμενο τύπο οπτικής ίνας και την οπτική διεπαφή.

Αυτές οι πληροφορίες συνήθως παρέχουν μια πολύ καλύτερη βάση για την επιλογή αντικατάστασης από την εμφάνιση του συνδετήρα μόνο.

Δεν μπορεί κάθε βιομηχανική εφαρμογή POF να εξυπηρετηθεί από ένα τυπικό καλώδιο.

Οι κατασκευαστές εξοπλισμού και οι ολοκληρωτές συστημάτων μπορεί να χρειάζονται διαφορετικά μήκη καλωδίων, υλικά περιβλήματος, εξωτερικές διαμέτρους, χρώματα, συνδυασμούς συνδετήρων ή μηχανικές δομές.

Για αυτά τα έργα, οι οπτικές και μηχανικές απαιτήσεις πρέπει να επιβεβαιωθούν μαζί.

Μια τυπική προδιαγραφή μπορεί να περιλαμβάνει τον τύπο της οπτικής ίνας, τη διαμόρφωση του συνδετήρα, το μήκος του καλωδίου, τη διάμετρο του καλωδίου, την απαίτηση περιβλήματος, τη θερμοκρασία λειτουργίας, τις συνθήκες κάμψης, τις απαιτήσεις εφελκυσμού και την αποδεκτή οπτική απώλεια.

Αυτή η προσέγγιση βοηθά στη διασφάλιση ότι η τελική συναρμολόγηση δεν είναι μόνο οπτικά συμβατή με τον πομποδέκτη, αλλά και κατάλληλη για το περιβάλλον στο οποίο θα λειτουργήσει πραγματικά.

• Μπορούν οι βιομηχανικοί πομποδέκτες οπτικών ινών να χρησιμοποιούν πλαστική οπτική ίνα;

  Ναι. Η POF χρησιμοποιείται σε πολλά συστήματα βιομηχανικής επικοινωνίας και ελέγχου μικρής απόστασης, συμπεριλαμβανομένου του σερβο εξοπλισμού, της βιομηχανικής αυτοματοποίησης, της ηλεκτρονικής ισχύος και των ηλεκτρικά απομονωμένων συνδέσεων ελέγχου. Η οπτική ίνα πρέπει να ταιριάζει με τον οπτικό πομπό και δέκτη.

• Πώς ξέρω αν ο εξοπλισμός μου χρησιμοποιεί POF ή γυάλινη οπτική ίνα;

  Ελέγξτε την τεκμηρίωση του εξοπλισμού, τη διάμετρο της οπτικής ίνας, τη διεπαφή του συνδετήρα, το μήκος κύματος λειτουργίας και τις υπάρχουσες σημάνεις του καλωδίου. Εάν η τεκμηρίωση δεν είναι διαθέσιμη, το μοντέλο του εξοπλισμού και οι καθαρές φωτογραφίες του υπάρχοντος καλωδίου μπορούν συχνά να βοηθήσουν στην αναγνώριση του τύπου της οπτικής ίνας.

• Μπορώ να αντικαταστήσω ένα βιομηχανικό καλώδιο οπτικής ίνας με ένα άλλο καλώδιο που χρησιμοποιεί τον ίδιο συνδετήρα;

  Όχι απαραίτητα. Ο τύπος της οπτικής ίνας, η διάμετρος, το αριθμητικό άνοιγμα, το μήκος κύματος, ο τερματισμός και η οπτική απόδοση πρέπει επίσης να ταιριάζουν με τον εξοπλισμό.

• Επηρεάζει το υλικό του περιβλήματος ένα βιομηχανικό καλώδιο POF;

  Ναι. Το περίβλημα προστατεύει την οπτική ίνα και επηρεάζει την απόδοση του καλωδίου υπό θερμοκρασία, κάμψη, τριβή, εφελκυστική δύναμη και άλλες περιβαλλοντικές συνθήκες.

• Τι προκαλεί υπερβολική οπτική απώλεια σε μια βιομηχανική οπτική σύνδεση;

  Οι κοινές αιτίες περιλαμβάνουν υπερβολική κάμψη, λανθασμένη επιλογή οπτικής ίνας, κακό τερματισμό, κατεστραμμένες ή μολυσμένες όψεις άκρων, κακή ευθυγράμμιση συνδετήρα, μηχανική ζημιά και ανεπαρκές περιθώριο οπτικής ισχύος.

• Τι πληροφορίες χρειάζονται για να γίνει ένα καλώδιο αντικατάστασης ή προσαρμοσμένο βιομηχανικό καλώδιο POF;

  Χρήσιμες πληροφορίες περιλαμβάνουν το μοντέλο του εξοπλισμού, φωτογραφίες συνδετήρων, τύπο οπτικής ίνας εάν είναι γνωστός, μήκος καλωδίου, εξωτερική διάμετρο, θερμοκρασία λειτουργίας, μηχανικές συνθήκες και τυχόν διαθέσιμες οπτικές απαιτήσεις.

Ένας βιομηχανικός πομποδέκτης οπτικών ινών εκτελεί τη μετατροπή ηλεκτρικού σε οπτικό σήμα, αλλά η αξιόπιστη επικοινωνία εξαρτάται από πολλά περισσότερα από τον ίδιο τον πομποδέκτη.

Το πλήρες σύστημα περιλαμβάνει:

Για βιομηχανικό έλεγχο μικρής απόστασης και ηλεκτρικά απομονωμένη επικοινωνία, η POF μπορεί να είναι μια πρακτική λύση όπου η ευελιξία και η μηχανική προσαρμοστικότητα είναι σημαντικές.

Για επικοινωνία μεγαλύτερης απόστασης ή υψηλότερου εύρους ζώνης, η γυάλινη οπτική ίνα είναι συχνά πιο κατάλληλη.

Το κλειδί είναι να ταιριάξετε την οπτική ίνα και τη συναρμολόγηση καλωδίου με την πραγματική διεπαφή του εξοπλισμού και το περιβάλλον εργασίας, αντί να επιλέξετε ένα προϊόν με βάση μία μόνο προδιαγραφή.

Εάν ένα υπάρχον βιομηχανικό καλώδιο οπτικής ίνας χρειάζεται να αναγνωριστεί ή να αντικατασταθεί, το μοντέλο του εξοπλισμού, οι φωτογραφίες των συνδετήρων, οι σημάνσεις του καλωδίου, το μήκος και οι συνθήκες λειτουργίας είναι συνήθως το καλύτερο σημείο εκκίνησης.