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光ファイバ通信
(ひかりファイバつうしん)
光ファイバ通信とは、電気信号を光信号へ変換し、細い光ファイバケーブルを通してデータを伝送する通信方式です。工場、プラント、建屋間、長距離設備などで、PLCネットワーク、監視システム、カメラ、上位通信の伝送に利用されます。
金属導体を使用する通信と異なり、インバーター、モーター、大電流配線などから発生する電磁ノイズの影響を受けにくい点が特長です。また、異なる建屋間で接地電位差がある場合でも、電気的に分離して通信できます。
ハカルプラスでは、通信距離、速度、コネクタ、配線経路、保守方法を確認し、光メディアコンバータ、産業用スイッチ、光ケーブルを含む通信構成を検討します。
光ファイバ通信の主な用途
- 工場建屋間のEthernet通信
- 制御盤間の長距離PLC通信
- 高ノイズ環境での設備ネットワーク
- 監視カメラ・画像データの伝送
- 落雷や接地電位差の影響を受ける区間
- リングネットワークや冗長経路の構築
光ファイバの基本
光ファイバは、中心部のコアと、その周囲のクラッドによって光を内部へ閉じ込めて伝送します。
送信側の光トランシーバが電気信号を光へ変換し、受信側で再び電気信号へ戻します。
電磁ノイズに強い理由
光ファイバ内部を流れるのは電流ではなく光であるため、電磁誘導や静電結合によるノイズの影響を受けません。
インバーター、溶接機、大型モーターの近くを通る通信経路でも、銅線通信より安定しやすい場合があります。
電気的絶縁
光ファイバは金属導体で設備間を接続しないため、接地電位差による循環電流が流れません。
別棟間や屋外設備との通信で、雷サージや地絡電流の回り込みを抑える効果があります。ただし、電源線や金属補強材など別経路の影響は確認が必要です。
シングルモード光ファイバ
シングルモード光ファイバは、細いコアを使用し、長距離・高速通信に適しています。
工場建屋間、構内幹線、長距離設備などで使用されます。対応する光トランシーバの波長と距離を確認します。
マルチモード光ファイバ
マルチモード光ファイバは、シングルモードより太いコアを持ち、比較的短距離の構内通信で利用されます。
光部品を選びやすい場合がありますが、距離と通信速度の組み合わせに制限があります。
シングルモードとマルチモードの選定
通信距離、将来の速度、既設設備、コストから選定します。
異なる種類の光ファイバやトランシーバを直接接続すると、通信できない、損失が大きくなる場合があります。両端の仕様を一致させます。
波長
光通信では、850nm、1310nm、1550nmなどの波長が使用されます。
使用する光ファイバ、通信距離、光トランシーバによって適合波長が異なります。送信側と受信側の波長仕様を確認します。
二心通信
送信用と受信用に別々の光ファイバを使用する方式です。
一般的な光Ethernetでは、送信と受信の二本を一組として使用します。接続時に送信側と相手の受信側を交差させます。
一心双方向通信
一本の光ファイバに異なる波長の光を使い、双方向通信する方式があります。
ファイバ本数を減らせますが、両端で使用する送受信波長の組み合わせが異なります。対になる光モジュールを正しく選定します。
光コネクタ
光ファイバの接続には、LC、SCなどのコネクタが使用されます。
コネクタ形状だけでなく、端面研磨方式、シングルモード・マルチモード、心数を確認します。変換アダプタを使用する場合も損失を考慮します。
コネクタ端面の清掃
光コネクタ端面へ微細なほこりや油分が付着すると、通信損失が増えます。
接続前に専用クリーナーで清掃し、端面を手で触れないようにします。未使用コネクタには防塵キャップを取り付けます。
光損失
送信光が受信側へ届くまでに、ケーブル、コネクタ、融着、曲げなどによって減衰します。
送信出力、受信感度、配線損失から光パワーバジェットを確認し、必要な余裕を持たせます。
光パワーバジェット
送信器の最小出力と受信器の必要感度との差が、許容できる損失の目安となります。
コネクタ数、融着点、ケーブル長、経年変化、温度を加味して計算します。
曲げ半径
光ファイバを小さく曲げすぎると、光が外へ漏れて損失が増えたり、ケーブルが破損したりします。
ケーブルごとに最小曲げ半径が定められているため、盤内配線、配管、余長処理で守ります。
引張力
敷設時に強く引っ張ると、光ファイバへ損傷が生じる可能性があります。
許容張力を守り、専用の牽引部材を使用します。コネクタ部分を直接引っ張らないようにします。
光メディアコンバータ
銅線Ethernetと光Ethernetを相互変換する装置です。
既設PLCやパソコンが光ポートを持たない場合に利用できます。通信速度、全二重・半二重、光種別、使用温度を確認します。
SFPモジュール
対応するスイッチや通信機器へ差し込み、光通信機能を追加する交換式モジュールです。
通信速度、波長、距離、コネクタ、メーカー互換性を確認します。両端で適合するモジュールを使用します。
産業用スイッチ
工場内では、温度、振動、電源変動へ対応した産業用Ethernetスイッチを使用します。
光ポート数、リング冗長、電源二重化、管理機能、アラーム接点などを確認します。
冗長リング
光ファイバをリング状に敷設し、一箇所の断線時に反対側の経路へ切り替える構成があります。
対応スイッチと冗長プロトコルが必要です。切替時間が設備通信の許容範囲内かを確認します。
屋外敷設
屋外では、耐候性、防水、温度、紫外線、動物被害を考慮します。
架空、地中、配管内などの敷設方法に適したケーブルを選び、建屋引込部の防水と余長を確保します。
金属補強材
光ケーブル自体に金属製の補強材や外装が含まれる製品があります。
落雷や電気的絶縁を重視する場合は、完全非金属ケーブルを検討します。ケーブル仕様を確認します。
光ケーブルの接続
コネクタ付きケーブルをそのまま接続する方法と、現地で融着接続する方法があります。
長距離敷設や配管通線では、融着接続が必要になる場合があります。融着部は保護ケースへ収納します。
OTDR測定
OTDRは、光パルスを送って反射・損失を測定し、断線位置や接続損失を確認する装置です。
敷設試験、障害調査、経年変化の確認に利用できます。測定条件とファイバ種類を合わせます。
受光レベル監視
対応スイッチや光モジュールでは、送受信光レベルを確認できる場合があります。
受光レベルが徐々に低下している場合は、コネクタ汚れ、曲げ、融着部劣化などを疑います。
異常時の確認
リンクしない場合は、光種別、波長、送受信の接続、コネクタ、SFP、電源を確認します。
断続的に切れる場合は、端面汚れ、曲げ半径、受光レベル、温度を点検します。長距離区間ではOTDRで損失位置を確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、通信距離、ネットワーク速度、設置環境、既設機器のポートを確認します。
光メディアコンバータ、産業用スイッチ、シングルモード・マルチモード光ファイバを組み合わせ、建屋間や高ノイズ環境の設備通信を検討します。
よくある質問
Q. 光ファイバは電磁ノイズの影響を受けますか？
A. 光信号で伝送するため、一般的な電磁ノイズの影響を受けにくい方式です。
Q. シングルモードとマルチモードを接続できますか？
A. 基本仕様が異なるため、対応機器や変換装置を使わずに直接接続することは避けます。
Q. 光コネクタが汚れると通信できなくなりますか？
A. 汚れによって損失が増えるため、専用クリーナーでの清掃が重要です。
Q. 建屋間通信へ利用できますか？
A. 長距離、接地電位差、雷サージの影響を抑えやすく、建屋間通信に適しています。
Q. 既設Ethernetを一部だけ光化できますか？
A. 光メディアコンバータや光ポート付きスイッチを使用して、必要区間だけ光化できます。