人類文明伊始，廢水排污處理就是個(gè)非常突出的問(wèn)題，一直圍繞在人們的周圍。早在公元前1500年，古希臘人就已經(jīng)發(fā)明了沖水式廁所；連同下水道的設(shè)計(jì)，這項(xiàng)發(fā)明被廣泛認(rèn)為是古羅馬帝國(guó)最偉大的成就之一。然而，到上個(gè)世紀(jì)40年代后期，即使在美國(guó)的主要城市，大部分的污水未經(jīng)處理就直接排入河流、湖泊之中，極大的破壞了生態(tài)環(huán)境。因此，隨著環(huán)保法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新發(fā)展，所有工廠面臨的最大問(wèn)題就是：如何通過(guò)技術(shù)的改進(jìn)來(lái)同時(shí)滿足日益增長(zhǎng)的人口和工業(yè)擴(kuò)展的需求。

　　分布式控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制器，監(jiān)督控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)上來(lái)講，分布式控制系統(tǒng) (DCS) 已經(jīng)能根據(jù)水的流率來(lái)同步區(qū)分出不同種類的廢水。因此，在廢水處理的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)DCS同步分析的結(jié)果來(lái)確定使用不同種類的泵或閥；并通過(guò)協(xié)調(diào)各個(gè)不同部件的共同操作來(lái)實(shí)現(xiàn)廢水處理的成功運(yùn)作的。盡管當(dāng)前的光纖技術(shù)的導(dǎo)入已經(jīng)讓DCS 基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)作更為可靠，但是，對(duì)于更加高效和性價(jià)比更高的解決方案的需求依舊在持續(xù)地增長(zhǎng)。

　　ARC 咨詢集團(tuán)出版的2013 年 3 月研究中指出：未來(lái)20年內(nèi)，廢水處理廠將繼續(xù)致力于自動(dòng)化技術(shù)的投資發(fā)展和應(yīng)用，尤其是計(jì)算機(jī)應(yīng)用：計(jì)算機(jī)是控制跨水處理設(shè)施的關(guān)鍵。但在此環(huán)境中，計(jì)算機(jī)稱為可編程邏輯控制器 (PLC)。

　　可編程控制器PLC不同于普通的計(jì)算機(jī)，而是被設(shè)計(jì)成能夠處理數(shù)以百計(jì) I/O 信號(hào)的系統(tǒng)：信號(hào)從傳感器端輸入，如閥打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)、水位、流量?jī)x表、溫度、壓力、化學(xué)濃度等；輸出則連接到設(shè)備傳動(dòng)器上，來(lái)啟動(dòng)和停止泵、閥、門、電機(jī)。此控制器PLC用來(lái)分析所有的信號(hào)輸入的狀態(tài)，再根據(jù)分析結(jié)果做出決定；并將此決定轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出信號(hào)，以此來(lái)控制一個(gè)流程的完成。

　　為了保證可編程控制器PLC運(yùn)作的穩(wěn)定性和可靠性，其被設(shè)計(jì)成加固型，適合室外環(huán)境，尤其是在惡劣的條件下使用，如灰塵、水分、振動(dòng)、熱、冷、和電氣干擾。由于信號(hào)輸出的結(jié)果取決于信息輸入時(shí)的狀態(tài)，其邏輯程序設(shè)計(jì)的健全和高度穩(wěn)定性則很好的滿足了這一要求，并對(duì)實(shí)時(shí)操作做出最準(zhǔn)確的反應(yīng)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　由于系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，一個(gè)可以鏈接可編程控制器PLC和其他內(nèi)部系統(tǒng)的橋架也變得越來(lái)越重要。因此，一個(gè)被稱為監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (SCADA)的完全集成和集中式的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。與此同時(shí)，一系列自動(dòng)化及其進(jìn)程控制的專有通信協(xié)議也相應(yīng)整理成冊(cè)并成為行業(yè)規(guī)定，如Foundation Fieldbus and Process Field Bus （ProfiBus). And Industrial Ethernet (IE) is quickly catching on. A variant of the ubiquitous IEEE Ethernet for LAN applications IE offers fuller interoperability and leverages larger economies of scale.

　　由于環(huán)境的極端性，廢水處理系統(tǒng)中所用的光纖光纜尤其重要。此處圖示的光纜為工業(yè)用低煙無(wú)鹵松套、干式結(jié)構(gòu)、雙層護(hù)套光纜。

　　廢水處理過(guò)程中的光纖光纜應(yīng)用

　　隨著廢水處理廠的建立、 擴(kuò)大和升級(jí)，光纜日益成為其通信基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分，主要用于將分散式控制單位回連到一個(gè)中央控制室。例如在加拿大蒙特利爾一個(gè)廢水處理的系統(tǒng)中，通過(guò)光纜遠(yuǎn)程控制著13個(gè)不同地點(diǎn)的交換機(jī)，而每一個(gè)交換機(jī)同時(shí)又都各自連接一個(gè)900米左右的后備設(shè)施。

　　再來(lái)看另一個(gè)在華盛頓特區(qū)的設(shè)施。除了中央分布式控制器和區(qū)域控制中心，這里有60部進(jìn)程攝像頭連接到中央控制室，直接用以監(jiān)視關(guān)鍵部分的操作。同時(shí)，全廠的消防報(bào)警系統(tǒng)也連接到中央控制室。

　　同時(shí)，外圍的周界控制及其安全性也受到越來(lái)越多的關(guān)注。

　　纖芯數(shù)與類型

　　由于光纜的昂貴以及防止在后續(xù)的擴(kuò)容過(guò)程中的損耗，選擇正確的工廠規(guī)模及準(zhǔn)確的纖心數(shù)量和類型是一個(gè)極為重要的決定。下圖中，環(huán)結(jié)構(gòu) (見(jiàn)圖 1）通常用于從每個(gè)分控制器的兩端來(lái)提供冗余和容錯(cuò)能力。此應(yīng)用中，帶寬需求并不高，但其可鏈接到幾公里以外的較大的設(shè)施上。為此，多模光纜或標(biāo)準(zhǔn) G.652 單模式光纜就足夠了。

圖 1.環(huán)狀結(jié)構(gòu)

環(huán)狀結(jié)構(gòu)展示-6芯光纖從每個(gè)方向每個(gè)分布式控制單元的位置

　　對(duì)于不同方向的每個(gè)分控制器而言，六芯的光纜一般就能夠滿足此項(xiàng)的需求，也可滿足兩條實(shí)時(shí)電路和一個(gè)備用設(shè)備的需求。另外一個(gè)更為高效的解決方案則是：在一個(gè)并聯(lián)的分控制器循環(huán)中使用高芯數(shù)光纜，然后通過(guò)隔斷使之分成六芯的光纜以向不同的方向傳輸信息。那么，一根72芯的光纜就可以同時(shí)服務(wù) 12 個(gè)不同的地點(diǎn)。再加上服務(wù)于監(jiān)控?cái)z像頭的機(jī)房以及其他程序?qū)饫|的需求，在機(jī)房的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須整體結(jié)合考慮到端點(diǎn)位置、可用路徑、 冗余線路和將來(lái)的擴(kuò)容等各個(gè)方面，此點(diǎn)必須謹(jǐn)記在心。

　　纜型

　　廢水處理工廠環(huán)境的非常惡劣，光纜除了要暴露在外承受不同的天氣影響，也有可能接觸到腐蝕性化學(xué)品和重型設(shè)備的壓制，因此選擇合適的光纜就顯得尤重要。另外，不論在任何室外應(yīng)用中，水都是一個(gè)不可忽視的對(duì)象，尤其是在廢水處理廠中。同樣，在很多工業(yè)工廠中，有很多用于工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的高壓電力電纜；因此對(duì)于這種環(huán)境而言，十分適合使用絕緣光纜來(lái)排除接地和耦合方面的擔(dān)憂。

　　但凡需要額外保護(hù)的時(shí)候，波紋鎧裝鋼帶是最常用的產(chǎn)品，并可與金屬鎧甲的接地一起使用。但是，這又與全非金屬介質(zhì)解決方案相互矛盾，那么，這時(shí)就可以選擇雙層非金屬鎧裝光纜。無(wú)論哪種方式，從環(huán)境上考慮標(biāo)準(zhǔn)松管結(jié)構(gòu)是最適合對(duì)光纜進(jìn)行保護(hù)而防止其受到損傷。

　　光纜端接

　　使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)端接光纜,在某種程度上取決于安裝工人的能力。常見(jiàn)的選擇是熔接或非環(huán)氧、非打磨連接器。這些連接器在緩沖套管扇出光纖的裸露端安裝。 這是一種快速和可靠的選擇,特別是對(duì)于低芯數(shù)的光纜。此外,非注膠和研磨（NENP）連接器可以很容易地安裝在狹小空間里，用簡(jiǎn)單的手工工具在不到兩分鐘即可安裝完畢,經(jīng)戶外安裝的寬溫度范圍鑒定是高度可靠和穩(wěn)定的。

　　不論熔接或是安裝連接器, 都對(duì)連接器的類型提出了一些選擇。比較好的做法是為所有光纜終端規(guī)范出一種類型連接器，做出這個(gè)選擇是為了去匹配網(wǎng)絡(luò)電子設(shè)備所需的主要連接器接口—這可能的結(jié)果是SC或LC類型。兩者都是廣泛應(yīng)用于工業(yè)的推拉式連接器。LC連接器更小,從而提供更高的密度。可能密度不是這種環(huán)境下的一個(gè)限制因素,但LC接頭在電子設(shè)備上應(yīng)用的越來(lái)越多。

　　選擇終端配線架來(lái)存放、管理和保護(hù)連接器是很重要的。主要問(wèn)題是對(duì)環(huán)境、灰塵、污垢,和潛在影響的保護(hù)。分布式控制單元可能會(huì)位于室外的建筑內(nèi)部或通常用于導(dǎo)軌設(shè)備安裝的密封箱中。程序控制機(jī)柜往往沒(méi)有光纜終端的安裝存儲(chǔ)空間。在這種情況下,常見(jiàn)的是臨近機(jī)柜放置單獨(dú)的光纖配線架。在中央控制中心,室內(nèi)機(jī)架安裝配線架是合適的。

　　標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)原則

　　然而光纖布線基礎(chǔ)設(shè)施的總體設(shè)計(jì)和布局是完全特定的，標(biāo)準(zhǔn)信息和設(shè)計(jì)原則可以幫助市政有效的預(yù)期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求并確保一切高效、安全、可靠的運(yùn)行，在現(xiàn)在和將來(lái)。

　　預(yù)先添加—光纖設(shè)備的大小適應(yīng)現(xiàn)在和將來(lái)的已知應(yīng)用，同時(shí)也應(yīng)有適應(yīng)未知應(yīng)用的能力。

　　非正常條件的說(shuō)明，考慮站點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和阻礙來(lái)選擇光纜類型，在各種條件下對(duì)光纖提供持久的保護(hù)。

　　預(yù)料意外因素—構(gòu)建冗余和容錯(cuò)系統(tǒng)。

　　提前計(jì)劃—很多站點(diǎn)都是在建階段,所以要考慮增長(zhǎng)和由于網(wǎng)站擴(kuò)張需求的前景。

　　更明智地選擇—大多數(shù)布線問(wèn)題出在光纜末端，所以選擇適當(dāng)?shù)慕K端配件可以充分整理和保護(hù)光纖終端。

　　作者：康寧光通信 Martyn Easton