基于光纤通讯的SCADA系统

一、光纤网络概述
光纤即为光导纤维的简称。光纤通讯是以光波为载频，以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通讯之所以能发展快，是由于它具有以下优点：
1． 传输频带宽、通讯容量大。
由于光纤通讯的载波频率（5Hz～10MHz）为一般电通讯的1000-10000倍，所以它的通讯容量约可增加1000-10000倍。
2． 信号损耗低。
目前的实用光纤均采用纯净度很高的石英（SiO2）材料，在光波长为1550nm附近，衰减可降至0.2dB/Km,已接近理论极限。因此，它的中继距离可以很远。
3． 不受电磁波干扰。
因为光纤为非金属的介质材料，因此它不受电磁波的干扰。
4． 线径细、重量轻。
由于光纤的直径很小，只有0.1mm左右，因此制成光缆后，直径要比电缆细，而且重量也轻。
5． 资源丰富。
光纤通讯除了上述优点之外，还有抗化学腐蚀等特点。当然，光纤本身也有缺点， 如光纤质地脆、机械强度低；要求比较好的切断、连接技术；分路、耦合比较麻烦等。
二、 光纤和光缆
1． 光纤的分类
① 按照传输模式来划分：
光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁场场形，或者说是光场场形（HE）。各种场形都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果。各种模式是不连续的离散的。由于驻波才能在光纤中稳定的存在。它的存在反映在光纤横截面上就是各种形状的光场，即各种光斑。若是一个光斑，我们称这种光纤为单模光纤，若为两个以上光斑，我们称之为多模光纤。
◆ 单模光纤(Single-Mode) 由于单模光纤只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式色散，使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用于大容量，长距离的光纤通讯。单模光纤使用的光波长为1310nm或1550nm。 如图1 单模光纤光线轨迹图。
◆ 多模光纤(Multi-Mode) 在一定的工作波长下（850nm/1300nm）,有多个模式在光纤中传输，这种光纤称之为多模光纤。由于色散或像差，因此，这种光纤的传输性能较差，频带比较窄，传输容量也比较小，距离比较短。如图1 多模光纤光线轨迹图。

图1 单模/多模光纤光线轨迹图
② 按照纤芯直径来划分：
◆ 50/125（μm）缓变型多模光纤
◆ 62.5/125（μm）缓变增强型多模光纤
◆ 8.3/125(μm) 缓变型单模光纤
备注：
1．50/62.5/8.3μm 均为光纤的光芯直径数，125μm均为光纤玻璃包层的直径数。
2． 光缆： 点对点光纤传输系统是通过光缆进行连接。光缆可包含1根光纤（有时称单纤）或2根光纤（有时称双纤），或者甚至更多（48纤、1000纤）。

图2 光缆结构示意图
3． 光纤辅助器件：
◆ 光纤配线架 (Housing) 用于室内光纤网络配线系统。
◆ 光纤活动连接器 (Connector) 用于各类光纤设备（如光端机等）与光纤之间的连接。（ST-FC-SC） ◆ 光纤适配器和衰减器 (Adaptor and Attenuator) 光纤适配器用于各类光纤设备与光纤连接方式的转换。 光纤衰减器用于对输入光功率的衰减，避免了由于输入光功率超强而使光接收机产生的失真。
◆ 光分路器 (Coupler) 适用于将一根光纤信号分解为多路光信号输出（如：计算机网络、CATV系统）。
◆ 光波分复用器 (WDM) 用于光路中不同波长的光的分离或混合。

三、 光纤和附件的价格

　　现在光纤价格也还是5元—8元／芯/米之间。

四、 优点与缺带

优点：通讯速度快，无运行费用，抗干扰能力强，维护费用低。

缺点：安装繁琐（对安装位置要求较严格），投资费用高

五、 GPRS通讯

GPRS通讯属于无线传输通讯，他需要借助于运营商的通讯网络，这几年发展较快，技术比较成熟。

优点：安装简单方便，抗干扰能力强，维护费用低。

缺点：通讯速度慢，有运行费用成本。

通讯是整个热网控制系统联络的枢纽，各个热力站、热源、管道监控节点和泵站通过通讯系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度，必须建立连接所有监控点的通讯网络。

随着网络技术的飞速发展，各种虚拟宽带技术已经越来越成熟，从最初的ISDN到ADSL、VPN（虚拟专用网）、VPDN（虚拟拨号专用网），可供用户选择的空间越来越大。硕人的STEC-350控制系统正是看到宽带技术的迅速发展对传统的控制通讯方式（RS485，光纤）带来的冲击，基于最新的宽带技术开发的一款控制设备，STEC-350可以不需要任何附属硬件设备即可直接支持PTSN（公用电话网）、VPDN、ADSL、工业以太网（TCP/IP）。根据当地各种电信运营商提供的服务和价格，业主应根据实用性、经济性原则做出比较分析，下面我们提供四种主要的通讯方案以供参考：
4.2.1 电话拨号

即每个热力站申请一条专用的普通电话线即可，监控中心根据需要适当申请2-5条电话线。该种方式实施最为简单，投资最低，运行费用低，而且通讯线路非常可靠，几乎不会出现线路故障，但实时性较差，10几个热力站站通常30分钟左右可以保证轮巡一遍，同时热力站有故障报警时必须立刻传到监控中心，监控中心也可以发送控制指令直接控制某个热力站的运行参数。这种通讯方式在热力监控系统中运用非常普遍，主要是热力管网本身就是一个惯性很大的系统，对实时性要求并不高，而且现场控制器又可以每隔5分钟保存一个历史数据，并在通讯时一次传到监控中心，通讯速度目前一般采用56Kbps。因此普通电话拨号是一种最为经济、有效的通讯方案。
4.2.2 ADSL宽带通讯

ADSL是这两年电信运营商推广力度最大的一种通讯解决方案，主要面向个人或企业用户实现在家里高速上网的要求，其通讯速度可以达到512K或1M，完全可以达到实时在线的系统要求，其障碍关键在于运行费用，各地收费价格差异很大。对于企业用户而言，一条ADSL不限时包月费用在200-2000元不等。对于众多的热力站来说，每个热力站申请一条ADSL，监控中心必须申请一条固定IP地址的ADSL（2000元/月）。2003年我公司共有3个热网监控系统采用了ADSL，均取得了非常满意的效果，由于采用Internet通讯技术，数据通讯的安全性需要考虑，附加的好处时，任何能上网的地方原则上都可以访问监控中心，对远程访问、远程维护非常有利。
4.2.3 GPRS移动通讯

随着手机的日益普及，移动通讯网络已经覆盖几乎所有地区，而且GPRS作为第2.5代的通讯技术，其数据通讯能力较强，通讯带宽可以达到与普通电话拨号调制解调器相当的速度，即30Kbps左右，完全能够满足一般的数据通讯速度要求。采用GPRS通讯，通常有两种实施方案。

Ø 监控中心：采用一个与计算机连接的GPRS调制解调器，实现监控中心与Internet网络的连接。

Ø 各换热站：采用一个GPRS通讯模块，通过移动通讯网络建立Internet网络的连接。

Ø 监控中心：申请一路2M宽带专线Intenrnet接入，并要求提供固定IP地址，用户可以提供对外网络发布功能。

Ø 各换热站：采用一个GPRS通讯模块，换热站内控制器通过一个GPRS模块实现与Internet的连接。
4.2.4 电话虚拟网络

该种通讯方式仍然是采用普通电话拨号网络，但要求保证一直在线，对于一些大型企业来说比较适合，即企业内部拨号是免费的，虽然热力站非常分散，但要看电信运营商是否愿意提供这种服务，将所有热力站的电话号码绑定在一个虚拟内部网络内，只需要拨后4位或5位电话号码即可，并采用固定包月的收费模式，这样监控中心通过申请与热力站数量相同的电话线路，拨通每个热力站的电话并永远不挂断，从而保证通讯的实时性。该种方案的具体实施较为复杂，主要是和电信商谈判的问题，在有些热力公司和电信商关系较好的地方，也有不少采用这种方式的。该种方式主要适合于大型厂矿企业内部供热系统，如油田、煤矿企业等。
4.2.5 技术经济比较