远距离数据通讯问题在煤炭码头中的解决办法

韩志秋

摘 要：许多煤炭港口建港时间较长，建港初期大部分采用传统的通讯技术，随着煤炭港口自动化程度的不断提高，传统通讯技术已无法满足现代港口需求，特别是对于煤炭港口的操作模式，正在由现场人员手动操作向现场无人远程自动化模式逐步转变，远距离数据通讯问题显得尤为突出。为了有效解决煤炭码头远距离数据通讯问题，提出了研究新通讯技术的课题。文章重点介绍了传统通讯技术的应用情况、新通讯技术的组织构成、通讯原理和技术特点，以及新通讯技术在实际中的应用，以期能为行业发展提供一些参考。

关键词：远距离通讯;煤炭港口;光纤收发器;光口交换机

中图分类号：TN913.33 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2020）10-018-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.10.009

随着现代信息技术的不断发展，智能自动化控制技术的应用变得越来越广泛，不断推动着煤炭港口生产技术向前进步，从而引出了许多新的高技术研究课题，现场无人操作、远程自动化操作就是课题之一。经过一段时间的研究与探索，通过自动化控制系统，已经初步实现了现场手动操作模式向现场无人远程自动化操作模式的转变。此操作模式的转变，无论是对于保证操作人员安全、还是保证生产作业的高效率，都具有十分重要的意义。因此，保证自动化控制系统的稳定十分重要。

通讯故障是自动化控制系统中比较常见的故障，传统的通讯技术基本上使用的是网线（双绞线）加以太网交换机的通讯技术。此通讯技术局限性较大，在日常的生产作业过程中，经常发生系统通讯故障，造成远程自动操作模式无法使用，操作人员必须重新返回现场进行手动操作，严重影响了正常的生产作业。因此，笔者研究了一种利用光纤收发器和光口交换机，将双绞网线和光纤相结合的新数据通讯技术。目前，新通讯技术已研究完成，并成功应用到了实际生产作业当中。

1 传统通讯技术應用情况

传统通讯技术主要由上位机、网线（双绞线）、以太网交换机、PLC控制器及现场各作业设备构成。传统通讯技术的数据通讯连接形式比较简单，上位机通过双绞线连接至以太网交换机，再通过双绞线连接至PLC控制器，最后通过双绞线连接至现场各作业设备。其中，双绞网线扮演着承上启下的桥梁角色，在数据通讯任务中起到了关键作用[1]。传统通讯技术示意图如图1所示。

面对向作业规模更大、自动化程度更高、环保技术手段更多样化等方向快速发展的现代化港口，双绞网线自身存在着以下几点不足。

1.1 传输距离短

普通的双绞网线，随着长度的增加，数据传输质量开始逐渐下降，当超过100m时，数据传输质量开始明显降低;当使用长度超过1000m时，数据传输功能基本消失。所以，在使用普通的双绞网线时，长度一般不会超过100m。

1.2 老化速度快

普通的双绞网线，最外层一般为塑料材料，随着使用时间的增加，逐渐开始老化、变得很脆弱，严重制约了双绞网线的使用寿命。所以，在使用普通的双绞网线时，一般不会在高温、寒冷、环境恶劣的室外场所。

1.3 抗干扰能力差

普通的双绞网线，虽然采取了铜线材料，具有了一定的抗干扰能力，但当非常接近的两根铜线同时传导电信号时，还是会出现一定的信号干扰，这种干扰称为串扰，相较于同轴缆以及光纤来说，抗干扰能力明显不足。所以，在使用普通的双绞网线时，一般不会应用在对控制精度要求较高的场所。

1.4 传输速度慢

普通的双绞网线传输速率一般为100MB/S，能够满足日常的数据传输需求，但应用到对数据传输速度要求较高的自动控制系统时，此传输速率还是显得略低一些。

2 新通讯技术的组织构成

新通讯技术在传统通讯技术基础上改造而成，在以太网交换机与PLC控制器之间加入了光纤收发器和光口交换机，并利用双绞网线和光纤进行连接，即形成了新的通讯技术[2-4]。具体组织构成如图2所示。

3 新通讯技术的通讯原理

与传统通讯技术相比，新通讯技术主要新增了光纤收发器、光口交换机和光纤等三种新的通讯原件。

3.1 光纤收发器通讯原理

光纤收发器通常用于以太网电缆无法覆盖、必须延长传输距离的实际网络环境中，其工作原理是：将要发送的电信号转换成光信号并发送出去，同时将接收到的光信号转换成电信号，输入到接收端。

3.2 光口交换机通讯原理

光口交换机由传统的电口和新增的光口组成，其中电口是用来连接双绞网线的端口，光口是用来连接光纤的端口。光口一般是成对组成的，一个是TX发送端、一个是RX接收端。在进行超远距离数据传输时，通过光纤进行完成，再通过光口交换机本身将光纤和双绞网线连接在一起，实现数据通讯。

3.3 光纤通讯原理

光纤是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。光纤有两项主要特性：即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗，关系到光纤通信系统传输距离的长短和中继站间隔距离的选择。光纤的色散反应时延畸变或脉冲展宽，对于数字信号传输尤为重要。每单位长度的脉冲展宽，影响到一定传输距离和信息传输容量。光纤通信就是利用光波在光导纤维中传输信息的一种通信方式。

4 新通讯技术的技术特点

4.1 传输距离远

光纤具有很低的衰减系数，在数据传输过程中几乎不产生衰减情况，再加上配合使用质量良好的光纤收发器和光口交换机，数据通讯距离能够达到几百公里，这是传统通讯技术无法实现的。其很好地解决了现场无人远程自动化操作模式中的通讯长度问题。

4.2 抗干扰能力强

光纤技术比传统的双绞网线技术更加稳定可靠，具有良好的耐高压绝缘性能、憎水性能、耐腐蚀性能，使得其能够直接安装在工况环境较差的室外。另外，由于光信号不受任何强电磁场的干扰，保证了各类信号检测和传输的快速性、灵敏性以及准确性，很好地解决了现场无人远程自动化操作模式中的通讯精度问题。

4.3 传输速度快

光纤的传输速度比传统的双绞网线和同轴缆的数据传输速度快得多，很好地解决了现场无人远程自动化操作模式中的通讯延时问题。

5 新通讯技术在实际中的应用

目前，新通讯技术已经取得了实验性应用的初步成功。经过一段时间的应用观察发现：此通讯技术运行稳定，克服了传统通讯技术中存在的网络不定时断开连接、数据传输信号时常丢失、网络延时经常产生等不利情况。

6 结语

新型通讯技术是目前数据通讯领域中比较先进的科学技术，能够很好地解决煤炭码头中的远距离通讯问题，满足现代化煤炭码头远程自动操作模式的运行需求。新的通讯技术对以后的煤炭码头自动化作业发展意义重大，应用前景很宽广，但其整体应用技术还不是很成熟，需要在今后的实际应用中去解决和完善它。

参考文献

[1] 郝晓俊.工业以太网实时通讯技术分析[J].现代工业经济和信息化，2018（12）：90-91.

[2] 张勇.光纤技术通讯技术的应用及发展分析[J].中国管理信息化，2019（15）：163-165.

[3] 郭江勇，寇亮.现代光纤通讯技术的特点及其应用研究[J].中国新通信，2020（3）：31.

[4] 农璠.现代光纤通讯技术的特点及其应用研究[J].科学与财富，2020（19）：177.