遠距離數據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間較長，建港初期大部分采用傳統的通訊技術，隨著煤炭港口自動化程度的不斷提高，傳統通訊技術已無法滿足現代港口需求，特別是對于煤炭港口的操作模式，正在由現場人員手動操作向現場無人遠程自動化模式逐步轉變，遠距離數據通訊問題顯得尤為突出。為了有效解決煤炭碼頭遠距離數據通訊問題，提出了研究新通訊技術的課題。文章重點介紹了傳統通訊技術的應用情況、新通訊技術的組織構成、通訊原理和技術特點，以及新通訊技術在實際中的應用，以期能為行業發展提供一些參考。

關鍵詞：遠距離通訊;煤炭港口;光纖收發器;光口交換機

中圖分類號：TN913.33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）10-018-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.10.009

隨著現代信息技術的不斷發展，智能自動化控制技術的應用變得越來越廣泛，不斷推動著煤炭港口生產技術向前進步，從而引出了許多新的高技術研究課題，現場無人操作、遠程自動化操作就是課題之一。經過一段時間的研究與探索，通過自動化控制系統，已經初步實現了現場手動操作模式向現場無人遠程自動化操作模式的轉變。此操作模式的轉變，無論是對于保證操作人員安全、還是保證生產作業的高效率，都具有十分重要的意義。因此，保證自動化控制系統的穩定十分重要。

通訊故障是自動化控制系統中比較常見的故障，傳統的通訊技術基本上使用的是網線（雙絞線）加以太網交換機的通訊技術。此通訊技術局限性較大，在日常的生產作業過程中，經常發生系統通訊故障，造成遠程自動操作模式無法使用，操作人員必須重新返回現場進行手動操作，嚴重影響了正常的生產作業。因此，筆者研究了一種利用光纖收發器和光口交換機，將雙絞網線和光纖相結合的新數據通訊技術。目前，新通訊技術已研究完成，并成功應用到了實際生產作業當中。

1 傳統通訊技術應用情況

傳統通訊技術主要由上位機、網線（雙絞線）、以太網交換機、PLC控制器及現場各作業設備構成。傳統通訊技術的數據通訊連接形式比較簡單，上位機通過雙絞線連接至以太網交換機，再通過雙絞線連接至PLC控制器，最后通過雙絞線連接至現場各作業設備。其中，雙絞網線扮演著承上啟下的橋梁角色，在數據通訊任務中起到了關鍵作用[1]。傳統通訊技術示意圖如圖1所示。

面對向作業規模更大、自動化程度更高、環保技術手段更多樣化等方向快速發展的現代化港口，雙絞網線自身存在著以下幾點不足。

1.1 傳輸距離短

普通的雙絞網線，隨著長度的增加，數據傳輸質量開始逐漸下降，當超過100m時，數據傳輸質量開始明顯降低;當使用長度超過1000m時，數據傳輸功能基本消失。所以，在使用普通的雙絞網線時，長度一般不會超過100m。

1.2 老化速度快

普通的雙絞網線，最外層一般為塑料材料，隨著使用時間的增加，逐漸開始老化、變得很脆弱，嚴重制約了雙絞網線的使用壽命。所以，在使用普通的雙絞網線時，一般不會在高溫、寒冷、環境惡劣的室外場所。

1.3 抗干擾能力差

普通的雙絞網線，雖然采取了銅線材料，具有了一定的抗干擾能力，但當非常接近的兩根銅線同時傳導電信號時，還是會出現一定的信號干擾，這種干擾稱為串擾，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線時，一般不會應用在對控制精度要求較高的場所。

1.4 傳輸速度慢

普通的雙絞網線傳輸速率一般為100MB/S，能夠滿足日常的數據傳輸需求，但應用到對數據傳輸速度要求較高的自動控制系統時，此傳輸速率還是顯得略低一些。

2 新通訊技術的組織構成

新通訊技術在傳統通訊技術基礎上改造而成，在以太網交換機與PLC控制器之間加入了光纖收發器和光口交換機，并利用雙絞網線和光纖進行連接，即形成了新的通訊技術[2-4]。具體組織構成如圖2所示。

3 新通訊技術的通訊原理

與傳統通訊技術相比，新通訊技術主要新增了光纖收發器、光口交換機和光纖等三種新的通訊原件。

3.1 光纖收發器通訊原理

光纖收發器通常用于以太網電纜無法覆蓋、必須延長傳輸距離的實際網絡環境中，其工作原理是：將要發送的電信號轉換成光信號并發送出去，同時將接收到的光信號轉換成電信號，輸入到接收端。

3.2 光口交換機通訊原理

光口交換機由傳統的電口和新增的光口組成，其中電口是用來連接雙絞網線的端口，光口是用來連接光纖的端口。光口一般是成對組成的，一個是TX發送端、一個是RX接收端。在進行超遠距離數據傳輸時，通過光纖進行完成，再通過光口交換機本身將光纖和雙絞網線連接在一起，實現數據通訊。

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成的光傳導工具。一般是由纖芯、包層和涂敷層構成的多層介質結構的對稱圓柱體。光纖有兩項主要特性：即損耗和色散。光纖每單位長度的損耗，關系到光纖通信系統傳輸距離的長短和中繼站間隔距離的選擇。光纖的色散反應時延畸變或脈沖展寬，對于數字信號傳輸尤為重要。每單位長度的脈沖展寬，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纖維中傳輸信息的一種通信方式。

4 新通訊技術的技術特點

4.1 傳輸距離遠

光纖具有很低的衰減系數，在數據傳輸過程中幾乎不產生衰減情況，再加上配合使用質量良好的光纖收發器和光口交換機，數據通訊距離能夠達到幾百公里，這是傳統通訊技術無法實現的。其很好地解決了現場無人遠程自動化操作模式中的通訊長度問題。

4.2 抗干擾能力強

光纖技術比傳統的雙絞網線技術更加穩定可靠，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境較差的室外。另外，由于光信號不受任何強電磁場的干擾，保證了各類信號檢測和傳輸的快速性、靈敏性以及準確性，很好地解決了現場無人遠程自動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的雙絞網線和同軸纜的數據傳輸速度快得多，很好地解決了現場無人遠程自動化操作模式中的通訊延時問題。

5 新通訊技術在實際中的應用

目前，新通訊技術已經取得了實驗性應用的初步成功。經過一段時間的應用觀察發現：此通訊技術運行穩定，克服了傳統通訊技術中存在的網絡不定時斷開連接、數據傳輸信號時常丟失、網絡延時經常產生等不利情況。

6 結語

新型通訊技術是目前數據通訊領域中比較先進的科學技術，能夠很好地解決煤炭碼頭中的遠距離通訊問題，滿足現代化煤炭碼頭遠程自動操作模式的運行需求。新的通訊技術對以后的煤炭碼頭自動化作業發展意義重大，應用前景很寬廣，但其整體應用技術還不是很成熟，需要在今后的實際應用中去解決和完善它。

參考文獻

[1] 郝曉俊.工業以太網實時通訊技術分析[J].現代工業經濟和信息化，2018（12）：90-91.

[2] 張勇.光纖技術通訊技術的應用及發展分析[J].中國管理信息化，2019（15）：163-165.

[3] 郭江勇，寇亮.現代光纖通訊技術的特點及其應用研究[J].中國新通信，2020（3）：31.

[4] 農璠.現代光纖通訊技術的特點及其應用研究[J].科學與財富，2020（19）：177.