Волоконно-оптические системы связи

В.Н. Репин, главный инженер, Л.В. Пономарёв, менеджер проекта, ЗАО «Перспективные технологии»

С появлением в конце восьмидесятых годов первых отечественных разработок в области волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) связаны и первые попытки применения их в горнодобывающей промышленности [1]. Этот вполне понятный интерес связан с возможностью передавать информацию практически без потерь, объединять в единые комплексные системы телефонную связь, локальные вычислительные сети (ЛВС), телеметрию, охранную сигнализацию, в том числе системы видеонаблюдения крупных предприятий, часто расположенных на территории в несколько квадратных километров.

Не последнюю роль играют и соображения техники безопасности: не надо забывать, что любое случайное повреждение медного токоведущего кабеля в загазованной шахте может обернуться большой бедой, а разрыв волоконно-оптического кабеля абсолютно пожаробезопасен. Именно поэтому наибольший интерес к волоконно-оптическим линиям связи проявляли в первую очередь угольщики.

В минувшее десятилетие, характеризующееся значительным спадом производства, о ВОЛС забыли — денег не хватало на самое необходимое. Государство фактически отвернулось от проблем не только приватизированных, но и государственных предприятий горнодобывающей промышленности.

Результат — износ оборудования, в том числе и безнадежно устаревающих систем связи и сигнализации, связанные с этим аварии, часто — с человеческими жертвами.

Однако в последнее время вновь возрос интерес к волоконно-оптическим линиям связи. Эта тенденция отчетливо проявилась на выставке «Связь — Экспокомм» в Москве, на петербургской выставке «Высокие Технологии» и на многих других. Сейчас волоконная оптика используется массово: и в магистральных линиях, и в локальных компьютерных сетях предприятий и организаций, и в телеметрии. При этом волоконно-оптический кабель стоит не дороже надёжного электрокабеля, но значительно превосходит его по качеству, надёжности, скорости и дальности передачи информации, сроку службы. Стоимость же оконечных устройств в разветвлённых протяжённых системах составляет 10-15% от общей стоимости кабельной системы. Отечественные предприятия производят волоконно-оптические соединители уже сотнями тысяч в месяц, причём качество их не хуже западных, а по ряду параметров российские изделия предпочтительнее. Разрабатывается и выпускается и активная аппаратура ВОЛС.

Что же это такое — современные волоконно-оптические линии связи? Рассмотрим это на примере «оптического конструктора», разработанного и поставляемого петербургским ЗАО «Перспективные Технологии». Следует учесть, что, хотя «конструктор» и был разработан преимущественно для развитых локальных сетей предприятий и организаций, требования к его компонентам изначально были весьма высокими. Например, одномодовый соединитель выдерживает 1000 переключений и продолжает работать после воздействия одиночных ударов с ускорением 1000 g; материал корпуса — никелированная точёная латунь — обеспечивает срок службы изделия 25 лет.

В настоящее время оптические системы используются не только для связи и передачи данных, но и для систем видеонаблюдения, автоматизированного контроля и жизнеобеспечения. При комплексном решении для передачи всех сигналов используется единая среда — оптический кабель, обеспечивающий максимальную скорость информационного потока, число каналов и защищённость. При этом к отдельным узлам такой сети могут подстыковываться системы быстрого развёртывания.

«Оптический конструктор» — это полный набор компонентов для монтажа локальной оптической сети «под ключ» по индивидуальному проекту. Компоненты конструктора поставляются предподготовленными для минимизации усилий и затрат при монтаже системы. Подбор отдельных компонентов осуществляется квалифицированными специалистами на основе анализа технических параметров, совместимости стандартов, качества и стоимости изделий. Конструктор включает в себя активное сетевое оборудование, телекоммуникационные шкафы и коробки, муфты, приборы для тестирования сети, ЗИП, комплекты инструментов для монтажа и ремонта сети, специализированные соединительные изделия. Активно используются отечественные разработки других российских предприятий, подтвердившие при эксплуатации свои преимущества по сравнению с зарубежными аналогами.

Остановимся подробнее на каждом из компонентов «Оптического конструктора».

Основу оптической кабельной системы составляют кабельные сборки заказной длины [2].

Заказчик высылает в адрес поставщика топологию сети, уточняет применяемые стандарты разъемов и через несколько дней получает готовые кабели с установленными оптическими коннекторами. При этом коннекторы многожильных кабелей защищены гибким металлополимерным рукавом с рым-болтом для протяжки в канализацию. Проложить такой кабель не составляет труда, после чего защитный кожух легко удаляется, и кабель готов к подключению. Вместо недель монтаж занимает часы, а самое главное, — повышается качество и надежность сети, так как все кабельные сборки изготовлены по технологии эпоксидной вклейки, протестированы и паспортизованы в условиях стационарного производства. Эта технология применима для многожильного, в том числе бронированного, кабеля (отечественного и импортного) длиной до двух километров.

Следующая составная часть конструктора — узлы коммутации. Это 19’ телекоммуникационные шкафы и стойки (евростандарт), 19’ соединительные коробки различных типов, настенные коробки, обеспечивающие связь различных сегментов сети и активного оборудования. Современный дизайн, серо-бежевое (компьютерное) покрытие на основе ударопрочной эпоксидно-порошковой композиции позволяют устанавливать такие изделия в офисе. Для защиты от несанкционированного доступа установлены замки, для удобства потребителей предусмотрены съемные боковые и задняя панели, варианты настенного и напольного размещения, комплектации различными соединительными разъемами и сплайс-пластинами (рис. 1). В случае необходимости оконцовывать кабель путем подварки полувилок используют соединительные модули, т.е. соединительные коробки, укомплектованные пронумерованными соединительными розетками и полувилками, сплайс-пластинами и пластиковой картой для записи информации о кроссировке (рис. 2).

Корпоративная сеть может охватывать несколько зданий и сооружений, расположенных на расстоянии до нескольких километров. Для сращивания и разводки кабеля при прокладке в подземных коммуникационных каналах в состав «оптического конструктора» включаются проходные/распределительные муфты МОГу (полиэтиленовый корпус, герметизация с помощью термоусаживающихся материалов), при прокладке кабеля непосредственно в грунт — муфты МОМЗ (корпус из нержавеющей стали, герметизация с помощью резиновых уплотнителей на резьбовых стяжках).

Для жёстких условий эксплуатации разработаны также специальные многоканальные герметические соединители (рис. 3).

Зачастую построение сети требует разделения или объединения сигналов, для чего используются оптические разветвители.

Переходные шнуры на основе коннекторов ST, FS/PC и SC и переходные розетки позволяют переходить с одного стандарта разъемов на другой, т.е. легко осуществлять замену аппаратуры и необходимые переключения.

Специализированные соединительные изделия призваны облегчить ремонт и эксплуатацию локальной сети. К ним относятся аттенюаторы, адаптеры обнаженного волокна, механические сплайсы, комбинированные адаптеры и многое другое (рис. 4). Аттенюаторы могут быть розеточными и шнуровыми, постоянными и переменными. Аттенюаторы-адаптеры, которые представляют собой комбинацию коннектора и розетки, тоже могут быть постоянными и переменными. Их удобно использовать, вставляя, например, в проходную розетку соединительной коробки и подключая к нему соединительный шнур.

Область применения аттенюаторов примерно та же, что подстроечных резисторов в электрической связи, однако есть и отличия: аттенюаторы нередко используются в качестве имитаторов протяжённых ВОЛС с затуханием сигнала 5–20 дБ — для проверки работоспособности аппаратуры.

Обычные комбинированные адаптеры используются для того, чтобы не портить дорогостоящую (в основном, измерительную) аппаратуру многократными переключениями. Адаптеры обнаженного волокна и механические сплайсы служат для временного восстановления целостности системы при обрыве и являются необходимыми составляющими комплекта ЗИП наряду со стандартными соединительными шнурами и розетками и инструментом для разделки кабеля. Такой комплект хранится либо в специально отведенной 19-дюймовой коробке, помещенной прямо в телекоммуникационный шкаф, либо заказывается в кейсе, чтобы его было удобнее носить.

С его помощью можно восстановить связь на одноканальном волоконно-оптическом кабеле в течение 1–5 минут (в зависимости от сложности и места повреждения).

Если кабель повреждён на значительной длине, для оперативного восстановления связи используются кабельные вставки, представляющие собой носимые катушки с кабелем и двумя защитными муфтами, снабжёнными устройствами для стыковки обнажённого волокна.

Для быстрого развертывания волоконно-оптических линий связи также разработаны кабельные вставки, позволяющие развернуть новые линии в течение нескольких минут, снабженные либо герметичными соединителями, либо сплайсами.

Кроме этого, в процессе наладки, ремонта и дальнейшего развития сети необходима измерительная аппаратура. Как правило, приборы должны быть портативными и иметь автономное питание. Наиболее простой и экономичный вариант — измерительный комплект, состоящий из источника и приемника излучения для определения уровня потерь в отдельных сегментах кабельной системы или визуальный локатор дефектов, позволяющий определить место обрыва. Однако зачастую удобнее пользоваться определителем длины оптической линии, который в случае обрыва с достаточно высокой точностью покажет расстояние до места аварии. А при создании крупных и широкоразветвленных систем лучше обзавестись измерительным комплектом, позволяющим организовать голосовую связь по оптическому волокну или отдельным волоконно-оптическим телефонам. Все эти изделия также выпускаются российскими производителями (рис. 5).

В тех случаях, когда не удается воспользоваться уже готовыми кабельными сборками, следует приобрести комплект инструментов для оконцовки оптического кабеля в условиях объекта, который содержит все необходимые инструменты и возобновляемый набор расходных материалов (шлифовальные пленки, спирт, салфетки, клей и пр.) на 100 оконцовок (рис. 6). При покупке комплекта заказчика обучают технологическим приемам оконцовки и, убедившись в усвоении материала, выдают соответствующий сертификат. Комплект инструментов удобно размещен в специальном кейсе, легко переносится и подготавливается к работе. При необходимости приобретается еще один кейс — с инструментами для разделки многожильных кабелей, в том числе бронированных (рис. 7).

Гарантии на отдельные компоненты «оптического конструктора» варьируются от 1,5 до 15 лет. Практически все составные части конструктора сертифицированы Министерством связи России. Соединительные изделия, производимые «Перспективными Технологиями», соответствуют международным рекомендациям Bellcore GR-326-CORE и IEC847-1. Таким образом, «оптический конструктор» от «Перспективных Технологий» позволяет не просто снизить сроки монтажа и стоимость оптической сети, а получить систему, соответствующую задачам и пожеланиям заказчика.

И, наконец, техническая поддержка. Специалисты фирмы дают консультации по вопросам построения оптической сети, проводят обучение технологии разделки оптического кабеля, оперативно разрабатывают нестандартные волоконно-оптические компоненты по техническому заданию заказчика.

Такой модульный подход к формированию сети позволяет заказчику с минимальными затратами и в кратчайшие сроки сформировать свою волоконно-оптическую систему из набора стандартных изделий, обучить свой персонал методам контроля, профилактики, ремонта и расширения (достраивания) сети. Причём это относится не только к стационарным объектам (локальным сетям управлений, предприятий, системам охраны складов и т.д.), но и к системам связи быстрого развёртывания с радиусом до 2 км и более.

А в том, что связь на световодах — это именно то, что светит всем нам в XXI веке, вряд ли стоит сомневаться.

Это становится ещё понятнее, если учесть те перспективы, которые открывает перед горнодобывающей промышленностью дальнейшее развитие волоконно-оптических технологий.

Ведь кроме ВОЛС световоды могут использоваться в охранных системах — как для передачи ТV-сигнала в реальном масштабе времени, так и в комплекте с волоконно-оптическими датчиками вибрации. Пожаробезопасные волоконно-оптические системы с волоконно-оптическими датчиками температуры, ускорения (сейсмических толчков, подвижек породы), давления, уровня жидкости, положения предмета и пр. могут применяться на складах, в угольных шахтах, нефтехранилищах, рудниках и т. п. [3].

В России есть всё необходимое для этого: удалось сохранить научно-исследовательский и конструкторско-технологический потенциал, наладить производство изделий, многие из которых не уступают западным, как на вновь созданных акционерных предприятиях, так и на старых, традиционно работающих в этом направлении. n

Использованная литература:

1. Волоконно-оптические системы и средства связи в горной промышленности (М. В. Хиврин, Н. А. Чехлатый) М. ЦНИЭИуголь, 1988 Вып.3

2. Каталог «Перспективные Технологии» Оптическая кабельная система. С.?Пб 1998

3. Проспект НИКИ ОЭП, Ленингр. обл., Сосновый Бор, 1998

Журнал "Горная Промышленность" №2 1999