基于光纖通訊的SCADA系統

一、光纖網絡概述
光纖即為光導纖維的簡稱。光纖通訊是以光波為載頻，以光導纖維為傳輸媒介的一種通信方式。光纖通訊之所以能發展快，是由于它具有以下優點：
1． 傳輸頻帶寬、通訊容量大。
由于光纖通訊的載波頻率（5Hz～10MHz）為一般電通訊的1000-10000倍，所以它的通訊容量約可增加1000-10000倍。
2． 信號損耗低。
目前的實用光纖均采用純凈度很高的石英（SiO2）材料，在光波長為1550nm附近，衰減可降至0.2dB/Km,已接近理論極限。因此，它的中繼距離可以很遠。
3． 不受電磁波干擾。
因為光纖為非金屬的介質材料，因此它不受電磁波的干擾。
4． 線徑細、重量輕。
由于光纖的直徑很小，只有0.1mm左右，因此制成光纜后，直徑要比電纜細，而且重量也輕。
5． 資源豐富。
光纖通訊除了上述優點之外，還有抗化學腐蝕等特點。當然，光纖本身也有缺點， 如光纖質地脆、機械強度低；要求比較好的切斷、連接技術；分路、耦合比較麻煩等。
二、 光纖和光纜
1． 光纖的分類
① 按照傳輸模式來劃分：
光纖中傳播的模式就是光纖中存在的電磁場場形，或者說是光場場形（HE）。各種場形都是光波導中經過多次的反射和干涉的結果。各種模式是不連續的離散的。由于駐波才能在光纖中穩定的存在。它的存在反映在光纖橫截面上就是各種形狀的光場，即各種光斑。若是一個光斑，我們稱這種光纖為單模光纖，若為兩個以上光斑，我們稱之為多模光纖。
◆ 單模光纖(Single-Mode) 由于單模光纖只傳輸主模，也就是說光線只沿光纖的內芯進行傳輸。由于完全避免了模式色散，使得單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而適用于大容量，長距離的光纖通訊。單模光纖使用的光波長為1310nm或1550nm。 如圖1 單模光纖光線軌跡圖。
◆ 多模光纖(Multi-Mode) 在一定的工作波長下（850nm/1300nm）,有多個模式在光纖中傳輸，這種光纖稱之為多模光纖。由于色散或像差，因此，這種光纖的傳輸性能較差，頻帶比較窄，傳輸容量也比較小，距離比較短。如圖1 多模光纖光線軌跡圖。

圖1 單模/多模光纖光線軌跡圖
② 按照纖芯直徑來劃分：
◆ 50/125（μm）緩變型多模光纖
◆ 62.5/125（μm）緩變增強型多模光纖
◆ 8.3/125(μm) 緩變型單模光纖
備注：
1．50/62.5/8.3μm 均為光纖的光芯直徑數，125μm均為光纖玻璃包層的直徑數。
2． 光纜： 點對點光纖傳輸系統是通過光纜進行連接。光纜可包含1根光纖（有時稱單纖）或2根光纖（有時稱雙纖），或者甚至更多（48纖、1000纖）。

圖2 光纜結構示意圖
3． 光纖輔助器件：
◆ 光纖配線架 (Housing) 用于室內光纖網絡配線系統。
◆ 光纖活動連接器 (Connector) 用于各類光纖設備（如光端機等）與光纖之間的連接。（ST-FC-SC） ◆ 光纖適配器和衰減器 (Adaptor and Attenuator) 光纖適配器用于各類光纖設備與光纖連接方式的轉換。 光纖衰減器用于對輸入光功率的衰減，避免了由于輸入光功率超強而使光接收機產生的失真。
◆ 光分路器 (Coupler) 適用于將一根光纖信號分解為多路光信號輸出（如：計算機網絡、CATV系統）。
◆ 光波分復用器 (WDM) 用于光路中不同波長的光的分離或混合。

三、 光纖和附件的價格

　　現在光纖價格也還是5元—8元／芯/米之間。

四、 優點與缺帶

優點：通訊速度快，無運行費用，抗干擾能力強，維護費用低。

缺點：安裝繁瑣（對安裝位置要求較嚴格），投資費用高

五、 GPRS通訊

GPRS通訊屬于無線傳輸通訊，他需要借助于運營商的通訊網絡，這幾年發展較快，技術比較成熟。

優點：安裝簡單方便，抗干擾能力強，維護費用低。

缺點：通訊速度慢，有運行費用成本。

通訊是整個熱網控制系統聯絡的樞紐，各個熱力站、熱源、管道監控節點和泵站通過通訊系統形成一個統一的整體。為了實現運行數據的集中監測、控制、調度，必須建立連接所有監控點的通訊網絡。

隨著網絡技術的飛速發展，各種虛擬寬帶技術已經越來越成熟，從最初的ISDN到ADSL、VPN（虛擬專用網）、VPDN（虛擬撥號專用網），可供用戶選擇的空間越來越大。碩人的STEC-350控制系統正是看到寬帶技術的迅速發展對傳統的控制通訊方式（RS485，光纖）帶來的沖擊，基于最新的寬帶技術開發的一款控制設備，STEC-350可以不需要任何附屬硬件設備即可直接支持PTSN（公用電話網）、VPDN、ADSL、工業以太網（TCP/IP）。根據當地各種電信運營商提供的服務和價格，業主應根據實用性、經濟性原則做出比較分析，下面我們提供四種主要的通訊方案以供參考：
4.2.1 電話撥號

即每個熱力站申請一條專用的普通電話線即可，監控中心根據需要適當申請2-5條電話線。該種方式實施最為簡單，投資最低，運行費用低，而且通訊線路非常可靠，幾乎不會出現線路故障，但實時性較差，10幾個熱力站站通常30分鐘左右可以保證輪巡一遍，同時熱力站有故障報警時必須立刻傳到監控中心，監控中心也可以發送控制指令直接控制某個熱力站的運行參數。這種通訊方式在熱力監控系統中運用非常普遍，主要是熱力管網本身就是一個慣性很大的系統，對實時性要求并不高，而且現場控制器又可以每隔5分鐘保存一個歷史數據，并在通訊時一次傳到監控中心，通訊速度目前一般采用56Kbps。因此普通電話撥號是一種最為經濟、有效的通訊方案。
4.2.2 ADSL寬帶通訊

ADSL是這兩年電信運營商推廣力度最大的一種通訊解決方案，主要面向個人或企業用戶實現在家里高速上網的要求，其通訊速度可以達到512K或1M，完全可以達到實時在線的系統要求，其障礙關鍵在于運行費用，各地收費價格差異很大。對于企業用戶而言，一條ADSL不限時包月費用在200-2000元不等。對于眾多的熱力站來說，每個熱力站申請一條ADSL，監控中心必須申請一條固定IP地址的ADSL（2000元/月）。2003年我公司共有3個熱網監控系統采用了ADSL，均取得了非常滿意的效果，由于采用Internet通訊技術，數據通訊的安全性需要考慮，附加的好處時，任何能上網的地方原則上都可以訪問監控中心，對遠程訪問、遠程維護非常有利。
4.2.3 GPRS移動通訊

隨著手機的日益普及，移動通訊網絡已經覆蓋幾乎所有地區，而且GPRS作為第2.5代的通訊技術，其數據通訊能力較強，通訊帶寬可以達到與普通電話撥號調制解調器相當的速度，即30Kbps左右，完全能夠滿足一般的數據通訊速度要求。采用GPRS通訊，通常有兩種實施方案。

Ø 監控中心：采用一個與計算機連接的GPRS調制解調器，實現監控中心與Internet網絡的連接。

Ø 各換熱站：采用一個GPRS通訊模塊，通過移動通訊網絡建立Internet網絡的連接。

Ø 監控中心：申請一路2M寬帶專線Intenrnet接入，并要求提供固定IP地址，用戶可以提供對外網絡發布功能。

Ø 各換熱站：采用一個GPRS通訊模塊，換熱站內控制器通過一個GPRS模塊實現與Internet的連接。
4.2.4 電話虛擬網絡

該種通訊方式仍然是采用普通電話撥號網絡，但要求保證一直在線，對于一些大型企業來說比較適合，即企業內部撥號是免費的，雖然熱力站非常分散，但要看電信運營商是否愿意提供這種服務，將所有熱力站的電話號碼綁定在一個虛擬內部網絡內，只需要撥后4位或5位電話號碼即可，并采用固定包月的收費模式，這樣監控中心通過申請與熱力站數量相同的電話線路，撥通每個熱力站的電話并永遠不掛斷，從而保證通訊的實時性。該種方案的具體實施較為復雜，主要是和電信商談判的問題，在有些熱力公司和電信商關系較好的地方，也有不少采用這種方式的。該種方式主要適合于大型廠礦企業內部供熱系統，如油田、煤礦企業等。
4.2.5 技術經濟比較