光纖不會受到電磁干擾 或?qū)⑷〈~纜媒介

光纖網(wǎng)絡(luò)可大幅增進(jìn)工業(yè)應(yīng)用安全性。光纖連結(jié)媒介不會受到電磁干擾(EMI)，在絕緣與隔離特性上遠(yuǎn)比常見的銅纜媒介優(yōu)異，再加上傳輸距離較長、頻寬更大，因此對操作環(huán)境復(fù)雜、安全性要求較高的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，將是最佳的技術(shù)選項。

工廠自動化、控制與管理已成為全球供應(yīng)鏈業(yè)者的競爭力指標(biāo)。大量生產(chǎn)的消費(fèi)性產(chǎn)品及汽車制造都需要安全、高成本效益且穩(wěn)固的資料通信，以確保能對沒有快速處理則便會造成嚴(yán)重利潤損失及消費(fèi)者不良印象的問題做出反應(yīng)。

許多不同產(chǎn)業(yè)的設(shè)計工程師，逐漸轉(zhuǎn)向采用光纖連線方案作為銅纜媒介的替代品，光纖解決方案可帶來能進(jìn)行由幾寸到幾公里等各種不同距離資料傳輸通信的可靠資料連結(jié)，并對于噪聲的耐受力更高?？山逵晒饫w解決方案獲益的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用包括飛機(jī)上的資信娛樂系統(tǒng)、火車運(yùn)輸系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、賭場，以及風(fēng)力與太陽能光伏發(fā)電等可再生能源應(yīng)用。

不易產(chǎn)生EMI　光纖方案有望取代銅纜

雖然銅纜與光纖都可做為傳輸媒介，但光纖解決方案為系統(tǒng)設(shè)計工程師提供許多明顯的好處。相較于銅纜解決方案，在塑料光纖(Plastic Optical Fiber， POF)或較長距離時硬包層石英(Hard Clad Silica， HCS)光纖上運(yùn)作的工業(yè)快速以太網(wǎng)絡(luò)(Fast Ethernet)有許多優(yōu)勢，采用銅纜的通信連結(jié)容易受到電磁場的干擾，并會發(fā)出可能干擾其他設(shè)備的電磁波，而光纖連結(jié)則不會受到電磁場影響，也不易產(chǎn)生任何的電磁干擾(Electro-Magnetic Interference， EMI)。 不僅如此，選擇光纖的其他好處，包括重量輕、連結(jié)兩端完全電氣隔離、容易現(xiàn)場進(jìn)行終端處理與維護(hù)、因較小彎折半徑而易于安裝、及較不易因?yàn)闃O端溫度與濕度情況造成效能變化等。光纖解決方案同時也適合存在馬達(dá)與高電壓高速切換電路，例如電力轉(zhuǎn)換、汽車制造、醫(yī)療及風(fēng)力與太陽能發(fā)電等可再生能源應(yīng)用的高噪聲工業(yè)環(huán)境;光纖技術(shù)并提供資料的安全性，因?yàn)閹缀醪豢赡鼙I接光波通信。

如圖1，多模HCS與POF光纖提供長距離資料傳輸最高等級的信號完整性，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)做為風(fēng)力發(fā)電機(jī)艙與地面的連結(jié)，在這類應(yīng)用中連結(jié)長度超過200米。

圖1 快速以太網(wǎng)絡(luò)的通信距離，可透過光纖技術(shù)延伸到數(shù)公里。

絕緣/隔離優(yōu)勢顯著　光纖網(wǎng)絡(luò)安全性高人一等

光纖連結(jié)媒介基本上采用玻璃或塑膠，由于它們不會受到EMI的干擾，因此在絕緣與隔離特性上遠(yuǎn)比常見的銅纜高上許多，如圖2中Noisy Environment的5米POF或100米HCS光纖，就提供高噪聲環(huán)境下相對于銅纜線的許多優(yōu)勢。采用光纖解決方案，在光纖本身或是光纖與銅纜之間不會有相互干擾問題，使得資料傳輸更加安全;而光纖對于閃電電擊有較高的耐受力，并可有助于消除接地回路所造成的錯誤，當(dāng)面臨惡劣條件或可能暴露的環(huán)境時，適當(dāng)使用光纖解決方案，可透過降低閃電電擊可能帶來的損害，以及電氣火花造成的沖擊，可提高安全性。

圖2 Noisy Environment的光纖連結(jié)，不會受到工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生的EMI影響。

除相對于銅纜媒介更高成本效益的解決方案外，單模、多模光纖，以及HCS與POF等都可被放置在纜線導(dǎo)管內(nèi)，不會受到鄰近電源影響。此外，使用光纖也更容易符合電磁相容(Electron-Magnetic Compliance， EMC)相關(guān)規(guī)章與法規(guī)的要求(圖3)。

圖3 光纖擁有銅纜媒介無法匹敵的EMI耐受力與通信連接距離。

另一方面，以塑料光纖為例，在安裝時不需特別的工具，同時訓(xùn)練也非常容易，POF光纜已被應(yīng)用在各種惡劣的工業(yè)環(huán)境如汽車組裝等超過15年，POF同時也適合短距離到中等距離連線應(yīng)用，并由于容易在現(xiàn)場安裝，有助于簡化設(shè)備與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的連接，工業(yè)應(yīng)用中另一個關(guān)鍵優(yōu)勢是維護(hù)成本非常低。

光纖與光收發(fā)器、接收器及發(fā)射器全都通過嚴(yán)格的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，光纖技術(shù)已經(jīng)過高容量電信連結(jié)系統(tǒng)的驗(yàn)證，其中產(chǎn)品壽命更超過10年以上，部分光纖零組件供應(yīng)商更擁有垂直整合能力，可自行生產(chǎn)發(fā)射器中使用的雷射二極體及接收器中的PIN二極體，進(jìn)一步完整掌控產(chǎn)品品質(zhì)與交貨時間。[!--empirenews.page--]

光纖網(wǎng)絡(luò)可大幅增進(jìn)工業(yè)應(yīng)用安全性。光纖連結(jié)媒介不會受到電磁干擾(EMI)，在絕緣與隔離特性上遠(yuǎn)比常見的銅纜媒介優(yōu)異，再加上傳輸距離較長、頻寬更大，因此對操作環(huán)境復(fù)雜、安全性要求較高的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，將是最佳的技術(shù)選項。

提供高頻寬/輕量/EMC相容特性　光纖技術(shù)擴(kuò)大工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域

目前飛機(jī)上的資信娛樂系統(tǒng)，已變得越來越先進(jìn)且復(fù)雜。隨著影像品質(zhì)的提升，較大尺寸視信螢?zāi)蛔兊迷絹碓狡占?，飛機(jī)制造商隨時都在尋求可降低飛機(jī)重量的方法。以單一線路來說，由于光纖解決方案相對于銅纜在重量上輕了許多，并可傳輸更多的資料，因此可說是航空資信娛樂系統(tǒng)的最佳選擇。

光纖技術(shù)也出現(xiàn)在航空母艦及游艇上，此外，許多現(xiàn)代化的火車也使用光纖及光收發(fā)器、接收器與發(fā)射器。其中，火車動力來源、推進(jìn)系統(tǒng)及駕駛控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)作是必備的條件，但是有關(guān)乘客的便利性、資信與娛樂系統(tǒng)也可經(jīng)由使用光纖而獲益，包括更長距離的更高頻寬傳輸、原生的電氣隔離能力、最佳EMC特性及靜電放電(Electro-Static Discharge， ESD)耐受力等。

IEC 61375火車通信網(wǎng)絡(luò)(Train Communication Network， TCN)標(biāo)準(zhǔn)的制定目的，系為定義火車使用的通信架構(gòu)與通信協(xié)定，基本上TCN定義火車連線匯流排(Wire Train Bus， WTB)及多功能車廂匯流排(Multifunction Vehicles Bus， MVB)。WTB用來連結(jié)車廂，MVB則用來連接一個車廂或多個車廂間的設(shè)備，MVB可以三種不同媒介形式運(yùn)作，包括短距離的RS-485，低于200米的變壓器耦和雙絞線對，以及長達(dá)2公里的光學(xué)玻璃光纖。

光學(xué)玻璃光纖由于對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)備或子系統(tǒng)，例如電力電子設(shè)備、馬達(dá)控制器及無線電等。MVB同時也連接駕駛車廂中的設(shè)備用來控制燈光、車門、空調(diào)及火車車站與到站資信等乘客便利顯示系統(tǒng)。采用冗余設(shè)計可改善可靠度，MVB使用冗余光纖設(shè)計，設(shè)備傳輸可以在兩條線路上進(jìn)行，如果其中一條故障，那麼就可使用另一條進(jìn)行通信。

火車網(wǎng)絡(luò)目前已變得越來越復(fù)雜，每個車站都連接到中央電腦以便進(jìn)行排班與事件的更新。車站必須來回傳送資料，距離可能達(dá)到數(shù)百米甚至數(shù)公里，透過光纜的使用，可在更長的距離傳輸更多的資料，包括視信等，并比銅纜更加可靠。此外，這些應(yīng)用的纜線會被安排在一起，由一個車站連接到另一個車站，或者由一個火車車廂連接到另一個，銅纜在這樣相鄰布線的情況下可能會造成干擾，但光纖纜線在EMI上的優(yōu)勢使得它們不會受到這些問題的影響。

在使用電力網(wǎng)供電的火車中，會由三相交流電網(wǎng)取得單相電源以提供火車所需的兩相電源，這會造成電網(wǎng)的不平衡而必須加以補(bǔ)償，一個最常用來平衡并回復(fù)電網(wǎng)供電品質(zhì)的方法是使用閘流體切換電容(Thyristor-Switched Capacitors， TSC)及閘流體控制電抗器(Thyristor-Controlled Reactor， TCR)進(jìn)行靜態(tài)虛功補(bǔ)償(Static VAR Compensation， SVC)。TSC與TCR主要用來進(jìn)行高電壓與大電流的開關(guān)控制與運(yùn)作，這就產(chǎn)生會將電氣噪聲感應(yīng)到鄰近銅纜的超高電磁場，光纖由于不會受到電磁場的影響，因此可說是SVC系統(tǒng)中傳送控制信號到設(shè)備的最佳媒介。

火車的信號傳送也可由光纖技術(shù)在高噪聲環(huán)境中可靠的長距離資料通信能力，以及超高EMI環(huán)境耐受力而獲益。

另一方面，光纖技術(shù)也已逐漸普及到醫(yī)療影像處理設(shè)備，例如核磁共振攝影(Magnetic Resonance Imaging， MRI)與X光機(jī)等應(yīng)用，在馬達(dá)與電磁輻射環(huán)境下，這些機(jī)器會產(chǎn)生相當(dāng)高的電磁干擾，因此它們的通信與控制連結(jié)必須具備高EMI耐受力才能可靠安全地運(yùn)作，高EMI耐受力與電氣隔離對于病人的安全可說是必要的條件，因此光纖產(chǎn)品就提供一個非常適合的解決方案。

在娛樂應(yīng)用方面，賭場擁有許多連接到中央電腦服務(wù)器進(jìn)行資料處理、行銷活動及視信保全等需求，對于賭場的通信網(wǎng)絡(luò)來說，安全性是最重要的要求，光纖為賭場經(jīng)營者提供安全的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)閹缀醪豢赡鼙I接光纜上的信號。

不僅如此，可再生能源市場目前也已采用光纖技術(shù)。在部分風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中，由于EMI電磁干擾問題，光纖成為唯一適合的通信技術(shù)。由于風(fēng)力電廠與太陽能發(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，就成為它可靠度與穩(wěn)固度的最佳證明，停機(jī)及意外修復(fù)可能會大幅影響可再生能源系統(tǒng)的成本與采用，因此在系統(tǒng)設(shè)計時就必須加以避免。光纖連結(jié)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100米，光纖也可做為風(fēng)力渦輪與遠(yuǎn)端管理設(shè)備間的資料連結(jié)。

工業(yè)快速以太網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器--AFBR-5978Z擁有一個強(qiáng)化的數(shù)位診斷介面，符合光收發(fā)器數(shù)位診斷介面(DMI)標(biāo)準(zhǔn)，依多重來源協(xié)議(MSA)--SFFA-8472，主要由光纖相關(guān)產(chǎn)品制造商制訂、采用類似產(chǎn)品封裝與功能，以能簡化零組件的代換。

工業(yè)快速以太網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò)為現(xiàn)場匯流排(FieldBus)網(wǎng)絡(luò)提供升級路徑，相較于INTERBUS的2MBd、PROFIBUS的12MBd，以及 SERCOS的12MBd與16MBd，可達(dá)到125MBd的傳輸速度，同時也提供開放式架構(gòu)多重通信協(xié)定介面，允許標(biāo)準(zhǔn)及特有現(xiàn)場匯流排能交互運(yùn)作，可讓工業(yè)用快速以太網(wǎng)絡(luò)允許工廠機(jī)器可被指定網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)定(IP)或媒體存取控制(MAC)位址，提供網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端診斷與機(jī)器生產(chǎn)流程變換的便利性。[!--empirenews.page--]

DMI提供由收發(fā)器模組取得即時運(yùn)作資信的能力，取得的參數(shù)包括模組溫度、電源電壓大小及接收器輸入平均光功率，具備DMI功能後，使用者也可在收發(fā)器應(yīng)用中擁有進(jìn)行零組件監(jiān)測、錯誤隔離及失效預(yù)測的能力;此外，DMI也完整地整合了實(shí)現(xiàn)數(shù)位警示的功能。

在更高等級網(wǎng)絡(luò)中，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)將工程與管理工作站連接到工業(yè)以太網(wǎng)集線器進(jìn)行整個企業(yè)的資料分享與控制，帶來更高的價值主張。光纖解決方案提供有多種資料率與連接器選擇，可滿足各種工業(yè)通信與工廠自動化應(yīng)用。

擁有能使用離散式或整合型光纖零組件解決方案的選擇，為設(shè)計工程師帶來將焦點(diǎn)放在特定設(shè)計目標(biāo)的好處。離散式零組件可提供符合特定要求的設(shè)計彈性，而整合型零組件方案則能節(jié)省設(shè)計支出，降低風(fēng)險和成本;最重要的是，光纖的EMI耐受力及它的隔離特性非常適合工廠環(huán)境。

光纖技術(shù)擁有許多好處，如高度電氣絕緣與隔離、安裝容易;在閃電等惡劣環(huán)境中仍有極高可用性，并具高EMI耐受力，可帶來更高可靠度與系統(tǒng)穩(wěn)固度。此外，光纖技術(shù)在長距離下仍維持信號完整性及高資料安全性，應(yīng)用設(shè)計人員可利用光收發(fā)器、接收器與發(fā)射器，打造提供一個可行的光纖網(wǎng)絡(luò)與控制解決方案。