遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通訊問題在煤炭碼頭中的解決辦法

韓志秋

摘 要：許多煤炭港口建港時(shí)間較長(zhǎng)，建港初期大部分采用傳統(tǒng)的通訊技術(shù)，隨著煤炭港口自動(dòng)化程度的不斷提高，傳統(tǒng)通訊技術(shù)已無法滿足現(xiàn)代港口需求，特別是對(duì)于煤炭港口的操作模式，正在由現(xiàn)場(chǎng)人員手動(dòng)操作向現(xiàn)場(chǎng)無人遠(yuǎn)程自動(dòng)化模式逐步轉(zhuǎn)變，遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通訊問題顯得尤為突出。為了有效解決煤炭碼頭遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通訊問題，提出了研究新通訊技術(shù)的課題。文章重點(diǎn)介紹了傳統(tǒng)通訊技術(shù)的應(yīng)用情況、新通訊技術(shù)的組織構(gòu)成、通訊原理和技術(shù)特點(diǎn)，以及新通訊技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用，以期能為行業(yè)發(fā)展提供一些參考。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)距離通訊;煤炭港口;光纖收發(fā)器;光口交換機(jī)

中圖分類號(hào)：TN913.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2020）10-018-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.10.009

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智能自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用變得越來越廣泛，不斷推動(dòng)著煤炭港口生產(chǎn)技術(shù)向前進(jìn)步，從而引出了許多新的高技術(shù)研究課題，現(xiàn)場(chǎng)無人操作、遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作就是課題之一。經(jīng)過一段時(shí)間的研究與探索，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作模式向現(xiàn)場(chǎng)無人遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作模式的轉(zhuǎn)變。此操作模式的轉(zhuǎn)變，無論是對(duì)于保證操作人員安全、還是保證生產(chǎn)作業(yè)的高效率，都具有十分重要的意義。因此，保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定十分重要。

通訊故障是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中比較常見的故障，傳統(tǒng)的通訊技術(shù)基本上使用的是網(wǎng)線（雙絞線）加以太網(wǎng)交換機(jī)的通訊技術(shù)。此通訊技術(shù)局限性較大，在日常的生產(chǎn)作業(yè)過程中，經(jīng)常發(fā)生系統(tǒng)通訊故障，造成遠(yuǎn)程自動(dòng)操作模式無法使用，操作人員必須重新返回現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)操作，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)作業(yè)。因此，筆者研究了一種利用光纖收發(fā)器和光口交換機(jī)，將雙絞網(wǎng)線和光纖相結(jié)合的新數(shù)據(jù)通訊技術(shù)。目前，新通訊技術(shù)已研究完成，并成功應(yīng)用到了實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中。

1 傳統(tǒng)通訊技術(shù)應(yīng)用情況

傳統(tǒng)通訊技術(shù)主要由上位機(jī)、網(wǎng)線（雙絞線）、以太網(wǎng)交換機(jī)、PLC控制器及現(xiàn)場(chǎng)各作業(yè)設(shè)備構(gòu)成。傳統(tǒng)通訊技術(shù)的數(shù)據(jù)通訊連接形式比較簡(jiǎn)單，上位機(jī)通過雙絞線連接至以太網(wǎng)交換機(jī)，再通過雙絞線連接至PLC控制器，最后通過雙絞線連接至現(xiàn)場(chǎng)各作業(yè)設(shè)備。其中，雙絞網(wǎng)線扮演著承上啟下的橋梁角色，在數(shù)據(jù)通訊任務(wù)中起到了關(guān)鍵作用[1]。傳統(tǒng)通訊技術(shù)示意圖如圖1所示。

面對(duì)向作業(yè)規(guī)模更大、自動(dòng)化程度更高、環(huán)保技術(shù)手段更多樣化等方向快速發(fā)展的現(xiàn)代化港口，雙絞網(wǎng)線自身存在著以下幾點(diǎn)不足。

1.1 傳輸距離短

普通的雙絞網(wǎng)線，隨著長(zhǎng)度的增加，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量開始逐漸下降，當(dāng)超過100m時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量開始明顯降低;當(dāng)使用長(zhǎng)度超過1000m時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸功能基本消失。所以，在使用普通的雙絞網(wǎng)線時(shí)，長(zhǎng)度一般不會(huì)超過100m。

1.2 老化速度快

普通的雙絞網(wǎng)線，最外層一般為塑料材料，隨著使用時(shí)間的增加，逐漸開始老化、變得很脆弱，嚴(yán)重制約了雙絞網(wǎng)線的使用壽命。所以，在使用普通的雙絞網(wǎng)線時(shí)，一般不會(huì)在高溫、寒冷、環(huán)境惡劣的室外場(chǎng)所。

1.3 抗干擾能力差

普通的雙絞網(wǎng)線，雖然采取了銅線材料，具有了一定的抗干擾能力，但當(dāng)非常接近的兩根銅線同時(shí)傳導(dǎo)電信號(hào)時(shí)，還是會(huì)出現(xiàn)一定的信號(hào)干擾，這種干擾稱為串?dāng)_，相較于同軸纜以及光纖來說，抗干擾能力明顯不足。所以，在使用普通的雙絞網(wǎng)線時(shí)，一般不會(huì)應(yīng)用在對(duì)控制精度要求較高的場(chǎng)所。

1.4 傳輸速度慢

普通的雙絞網(wǎng)線傳輸速率一般為100MB/S，能夠滿足日常的數(shù)據(jù)傳輸需求，但應(yīng)用到對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，此傳輸速率還是顯得略低一些。

2 新通訊技術(shù)的組織構(gòu)成

新通訊技術(shù)在傳統(tǒng)通訊技術(shù)基礎(chǔ)上改造而成，在以太網(wǎng)交換機(jī)與PLC控制器之間加入了光纖收發(fā)器和光口交換機(jī)，并利用雙絞網(wǎng)線和光纖進(jìn)行連接，即形成了新的通訊技術(shù)[2-4]。具體組織構(gòu)成如圖2所示。

3 新通訊技術(shù)的通訊原理

與傳統(tǒng)通訊技術(shù)相比，新通訊技術(shù)主要新增了光纖收發(fā)器、光口交換機(jī)和光纖等三種新的通訊原件。

3.1 光纖收發(fā)器通訊原理

光纖收發(fā)器通常用于以太網(wǎng)電纜無法覆蓋、必須延長(zhǎng)傳輸距離的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，其工作原理是：將要發(fā)送的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并發(fā)送出去，同時(shí)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸入到接收端。

3.2 光口交換機(jī)通訊原理

光口交換機(jī)由傳統(tǒng)的電口和新增的光口組成，其中電口是用來連接雙絞網(wǎng)線的端口，光口是用來連接光纖的端口。光口一般是成對(duì)組成的，一個(gè)是TX發(fā)送端、一個(gè)是RX接收端。在進(jìn)行超遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通過光纖進(jìn)行完成，再通過光口交換機(jī)本身將光纖和雙絞網(wǎng)線連接在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

3.3 光纖通訊原理

光纖是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。一般是由纖芯、包層和涂敷層構(gòu)成的多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱圓柱體。光纖有兩項(xiàng)主要特性：即損耗和色散。光纖每單位長(zhǎng)度的損耗，關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的長(zhǎng)短和中繼站間隔距離的選擇。光纖的色散反應(yīng)時(shí)延畸變或脈沖展寬，對(duì)于數(shù)字信號(hào)傳輸尤為重要。每單位長(zhǎng)度的脈沖展寬，影響到一定傳輸距離和信息傳輸容量。光纖通信就是利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的一種通信方式。

4 新通訊技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)

4.1 傳輸距離遠(yuǎn)

光纖具有很低的衰減系數(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸過程中幾乎不產(chǎn)生衰減情況，再加上配合使用質(zhì)量良好的光纖收發(fā)器和光口交換機(jī)，數(shù)據(jù)通訊距離能夠達(dá)到幾百公里，這是傳統(tǒng)通訊技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。其很好地解決了現(xiàn)場(chǎng)無人遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作模式中的通訊長(zhǎng)度問題。

4.2 抗干擾能力強(qiáng)

光纖技術(shù)比傳統(tǒng)的雙絞網(wǎng)線技術(shù)更加穩(wěn)定可靠，具有良好的耐高壓絕緣性能、憎水性能、耐腐蝕性能，使得其能夠直接安裝在工況環(huán)境較差的室外。另外，由于光信號(hào)不受任何強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，保證了各類信號(hào)檢測(cè)和傳輸?shù)目焖傩浴㈧`敏性以及準(zhǔn)確性，很好地解決了現(xiàn)場(chǎng)無人遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作模式中的通訊精度問題。

4.3 傳輸速度快

光纖的傳輸速度比傳統(tǒng)的雙絞網(wǎng)線和同軸纜的數(shù)據(jù)傳輸速度快得多，很好地解決了現(xiàn)場(chǎng)無人遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作模式中的通訊延時(shí)問題。

5 新通訊技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用

目前，新通訊技術(shù)已經(jīng)取得了實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用的初步成功。經(jīng)過一段時(shí)間的應(yīng)用觀察發(fā)現(xiàn)：此通訊技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，克服了傳統(tǒng)通訊技術(shù)中存在的網(wǎng)絡(luò)不定時(shí)斷開連接、數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)時(shí)常丟失、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生等不利情況。

6 結(jié)語(yǔ)

新型通訊技術(shù)是目前數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域中比較先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，能夠很好地解決煤炭碼頭中的遠(yuǎn)距離通訊問題，滿足現(xiàn)代化煤炭碼頭遠(yuǎn)程自動(dòng)操作模式的運(yùn)行需求。新的通訊技術(shù)對(duì)以后的煤炭碼頭自動(dòng)化作業(yè)發(fā)展意義重大，應(yīng)用前景很寬廣，但其整體應(yīng)用技術(shù)還不是很成熟，需要在今后的實(shí)際應(yīng)用中去解決和完善它。

參考文獻(xiàn)

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