具有自愈功能的光纖雙環(huán)路收發(fā)器

1、具有自愈功能的光纖雙環(huán)路收發(fā)器引言近年來(lái)，為滿足市場(chǎng)需求，國(guó)家電力工業(yè)政策作了相應(yīng)調(diào)整，重點(diǎn)投資放在城市電網(wǎng)、農(nóng)村電網(wǎng)的建設(shè)和改造工程，為配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展提供了條件。建立可靠的性能價(jià)格比適中的通信網(wǎng)，是配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)工程的重要組成部分。在當(dāng)今各種通信模式中，光纖通信1以其高速率、高可靠性、抗干擾、低功耗、工作穩(wěn)定、安裝操作方2便、價(jià)格適中等諸多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越被人們所重視。上海浦東金藤工業(yè)園配電網(wǎng)自動(dòng)化試點(diǎn)工程采用光纖單環(huán)路通信獲得成功，為光纖通信在配電系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。，但單環(huán)路光纖通信網(wǎng)中，隨著環(huán)路節(jié)點(diǎn)的增多，光纖環(huán)路可靠性將受到影響。雙環(huán)路光纖通信是提高光纖環(huán)路通信可

2、靠性的重要途徑。而開(kāi)發(fā)具有自愈功能的光纖雙環(huán)路收發(fā)器，又是推廣應(yīng)用雙環(huán)路光纖通信的前提條件。1 雙環(huán)路光纖通信網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵配電環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)多，覆蓋面分散，但節(jié)點(diǎn)之間距離較短，一般從幾百米到幾千米，有利于采用一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的光纖環(huán)路通信方式。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，主站通過(guò)光纜及光纖收發(fā)器，依次連接各子站（節(jié)點(diǎn)），構(gòu)成光纖環(huán)路。光纖環(huán)路中允許鏈接節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，決定于傳送數(shù)據(jù)速率R和數(shù)據(jù)正確識(shí)別或檢測(cè)所允許的碼形畸變（前后沿時(shí)延差）的百分?jǐn)?shù)A以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)平均引起的碼形畸變&節(jié)點(diǎn)數(shù)N可由故R?近似估算出。若按R=9600bit/s,£10%,葬0.1曲計(jì)算，一般節(jié)點(diǎn)數(shù)N可達(dá)近100個(gè)，足

3、以滿足工程實(shí)際的需求。正常情況下，簡(jiǎn)單的光纖單環(huán)路方式可靠性很高。但一旦某處出現(xiàn)故障（光纜折斷、節(jié)點(diǎn)電源故障或其它問(wèn)題），則整個(gè)光纖系統(tǒng)構(gòu)不成環(huán)，影響通信系統(tǒng)的可靠性。這自然使我們想到采用雙環(huán)路方式。但若用兩個(gè)光纖環(huán)路構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的雙環(huán)路光纖系統(tǒng)，則出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：a.若路由相同，即用同一根光纜的不同纖芯，仍然無(wú)法完全解決光纜折斷造成的問(wèn)題。如走不同路由，即用兩根光纜，將提高成本或造價(jià)。b.雙環(huán)路輸出信號(hào)的相互關(guān)系。在光纖環(huán)路中各子站均由兩路光纖收發(fā)信號(hào)，由于路徑不同，信號(hào)每經(jīng)過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)中繼后，造成時(shí)延，使得兩路光纖的信號(hào)到達(dá)同一個(gè)子站的時(shí)間不同，即兩個(gè)信號(hào)相位不同。如把這兩個(gè)信號(hào)簡(jiǎn)單疊加，則會(huì)

4、造成誤碼，使接收混亂，終端無(wú)法識(shí)別。基于以上分析得出：采用兩個(gè)光纖環(huán)路信號(hào)（單環(huán)）簡(jiǎn)單疊加的方式并不能解決實(shí)際問(wèn)題，唯有采用具有自動(dòng)切換（也稱自愈）功能的雙環(huán)路光纖系統(tǒng)，才能確保配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。因此，具有自愈功能的雙環(huán)路光纖收發(fā)器，是實(shí)現(xiàn)雙環(huán)路光纖通信網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵。2 光纖雙環(huán)路收發(fā)器基本原理及功能特點(diǎn)2.1 光纖雙環(huán)路收發(fā)器基本原理及功能光纖雙環(huán)路收發(fā)器由光纖收發(fā)器和自動(dòng)切換電路組成。其主要功能為：a.光信號(hào)的發(fā)送、接收、轉(zhuǎn)發(fā)功能；b.確保子站光纖環(huán)路兩路信號(hào)只能有一路數(shù)字信號(hào)輸出，從而保證接收信號(hào)的可靠性；c.當(dāng)其中一路信號(hào)因故中斷時(shí)，自動(dòng)切換器動(dòng)作，自動(dòng)接通故障點(diǎn)兩側(cè)的兩

5、個(gè)光纖環(huán)路，構(gòu)成新的光纖路徑，保證環(huán)路中通信正常。光纖雙環(huán)路收發(fā)器結(jié)構(gòu)如圖1所示。OFF/REP中繼（轉(zhuǎn)發(fā)）開(kāi)關(guān)：TA，TB，RA，RB光纜接頭DP數(shù)字通信口；HD/FDxx（485）/xx（422）切換開(kāi)關(guān)TE，RE數(shù)字信號(hào)指示燈；TOA，TOB，ROA，ROB光信號(hào)指示燈圖1光纖雙環(huán)路收發(fā)器Fig.1Thetwo-wayopticalfibertransceiverlinkoutline2.2光纖雙環(huán)路收發(fā)器特點(diǎn)光纖雙環(huán)路收發(fā)器保留了單路光纖收發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。由于僅采用基帶傳輸，而未使用調(diào)制解調(diào)方式，因此功耗很低。光纖雙環(huán)路收發(fā)器采用12V電源，有信號(hào)收發(fā)時(shí)，工作電

6、流為100mA;無(wú)信號(hào)收發(fā)時(shí)，靜態(tài)工作電流小于30mA,因此溫升小，工作穩(wěn)定，特別適合室外惡劣的工作環(huán)境。收發(fā)器中多采用快速CMOS電路，速度快，工作可靠。3應(yīng)用舉例在實(shí)際配電網(wǎng)控制中，雙環(huán)路光纖通信系統(tǒng)的配置：主站采用FD（422）,轉(zhuǎn)發(fā)方式處于OFF用車(chē)發(fā)）；各子站采用HD（485）及轉(zhuǎn)發(fā)方式REP技發(fā)，構(gòu)成環(huán)路）。兩個(gè)光纖環(huán)路使用同一根光纜中兩根纖芯。兩光纖環(huán)路互為熱備用。兩路光纖中的光信號(hào)既有區(qū)別（相位不同），又互相聯(lián)系（便于切換）。正常工作時(shí)，兩路光纖中的光信號(hào)沿著相反的方向各走各的路徑。在每個(gè)子站的光纖收發(fā)器中各個(gè)光信號(hào)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。雙環(huán)路光纖通信系統(tǒng)見(jiàn)圖2。圖2雙環(huán)路光纖通信系統(tǒng)

7、Fig.2Schemeoftwo-wayopticalfiberloopssystem3.1正常工作情況來(lái)自主站的查詢命令信號(hào)TD從光纖收發(fā)器送入，由A和B兩個(gè)光纖環(huán)路向不同方向傳送；主站收到的信號(hào)RD1 和RD2 分別來(lái)自兩個(gè)光纖環(huán)路，其中RD1為專(zhuān)用接口送出的A環(huán)標(biāo)準(zhǔn)422輸出信號(hào)，而RD2為B環(huán)備用輸出信號(hào)。RD1 和RD2 盡管到達(dá)時(shí)間或相位不同，但都應(yīng)包含各子站的應(yīng)答信息和主站送出的查詢命令。RD1 和RD2 分別占用主站兩個(gè)串行口，分別接收A環(huán)和B環(huán)的信息。各子站由于采用HD方式，故查詢及應(yīng)答信號(hào)均由RD/TD端輸入/輸出。3 .2故障分析a.子站H、子站出之間光纜故障(見(jiàn)圖3(a):主站RD1只能收到子站I、子站n的響應(yīng)信號(hào)；RD2只能收到子站出的響應(yīng)信號(hào)，這時(shí)由主站計(jì)算機(jī)分析判斷就能確定子站n、子站出之間光纜有故障。b.子站H出現(xiàn)故障(見(jiàn)圖3(b):主站RD1只能收到子站I響應(yīng)信號(hào)；RD2只收到子站m響應(yīng)信號(hào)，這時(shí)主站就能判斷子站n發(fā)生故障。同時(shí)可以根據(jù)RD1 和RD2 的差異找出光纖環(huán)路中可能發(fā)生的其它問(wèn)題。圖3光纖雙環(huán)通信故障分析Fig.3Faultexamplesof