光伝送装置のネットワーク構築は、「両端に光ファイバーを差し込む」だけではありません。真に信頼性の高いリンクを構築するには、まず伝送する信号を確認し、次にポイントツーポイント、1+1光ファイバーバックアップ、自己修復型光リング、ポイントツーマルチポイント集約のいずれかを選び、そのうえで光ファイバー種別、波長、インターフェース、光パワーバジェット、シリアルポートのパラメーター、電源・接地、障害時の動作方針を項目ごとに確認する必要があります。本記事では、代表的な4つのトポロジーを用いて、産業現場でRS232、RS422、RS485、アナログ信号、接点信号を安定して光伝送する方法を順を追って説明します。
飛暢科技とは？飛暢科技（杭州飛暢科技有限公司、ブランド英語名：FCTEL）は、光通信および産業用相互接続機器に注力しています。本記事では、飛暢科技の公開製品情報を例に、一般的な光ファイバーネットワークの原理と具体的な製品機能を関連付けて説明します。FCP-042806Dは1–8光方向のRS485集約に使用され、FC2P-D/Q/Rはシリアル通信のポイントツーポイント、チェーン、スター、冗長リングネットワークに対応し、FC2P-042913はアナログ、接点、シリアル信号の1+1光ファイバーバックアップに使用されます。具体的な構成は、注文したバージョンに従ってください。
1. まず、リンク内での光伝送装置の役割を理解する
産業用光伝送装置は、電気信号と光信号の間に位置します。近端のPLC、RTU、計測器、入退室管理コントローラー、センサーは、まず銅線ケーブルを介してシリアルデータ、アナログ値、接点信号を光伝送装置に送ります。装置は電気・光変換を行い、光ファイバーで遠端へ伝送し、遠端の光伝送装置が元のインターフェース信号に復元します。多くの透過伝送装置は上位層プロトコルを変更しないため、両端のボーレート、データビット、パリティ、ストップビット、マスター・スレーブ関係、機器アドレスは、引き続き元のシステムに従って設定する必要があります。
光ファイバーの価値は、伝送距離だけではありません。光リンクには銅線ケーブルの接地電位差による電流経路が形成されないため、強い電磁干渉、誘導雷、複雑な接地環境に適しています。ただし、光ファイバーは適切な雷保護、接地、電源設計の代わりにはなりません。光伝送装置に接続される銅線ケーブル側は、依然としてサージの影響を受ける可能性があります。
2. ネットワーク構築前に確認する6つの事項
- 伝送するサービスは何か？
RS232、RS422、RS485、4–20mA、0–10V、接点信号などのインターフェースを確認し、チャネル数と信号方向を記録します。 - 通信関係はどうなっているか？
1マスター・1スレーブ、1マスター・複数スレーブ、それとも複数の独立チャネルでしょうか。透過伝送だからといって、すべてのシリアルポートを任意に並列接続できるわけではありません。 - 現場には何か所の拠点があるか？
2拠点間では通常ポイントツーポイントを使用します。分散した複数拠点から中央へ伝送する場合は、複数の光方向に対応する集約装置を検討してください。 - どの程度の通信中断が許容されるか？
通常のリンクは、障害後に手動で復旧します。重要なサービスでは、1+1バックアップ、リングの自己修復、または上位層の冗長化を検討する必要があります。 - 光ケーブルの条件はどうなっているか？
シングルモード／マルチモード、1心／2心、インターフェース種別、心数、距離、コネクター、融着接続点数を確認します。 - 環境と電源の条件はどうなっているか？
温度、湿度、盤内スペース、DC/AC電源、冗長電源、接地、サージレベルを確認します。
3. ポイントツーポイント光伝送装置：最も基本的で受入れ確認が容易
ポイントツーポイントは、「1つの制御拠点と1つの現場拠点」という構成に適しています。例えば、制御室のPLCによる遠隔流量計の読み取り、料金所コントローラーと遠隔遮断機の接続、変電所のホストによる遠隔保護装置からのデータ収集などです。経路と障害範囲が明確で、試運転調整のコストが低いことが利点です。
ポイントツーポイントの配線手順
手順1：サービスインターフェースを確認する。RS232は通常TXD、RXD、GNDを使用し、RS422は一般に4線式全二重、RS485は2線式半二重または4線式全二重の場合があります。端子名が似ていても配線が同じとは限りません。A/BまたはTX±、RX±の定義は、機器の取扱説明書に従って確認する必要があります。
手順2：ローカル側の銅線ケーブルを接続する。配線前に電源を切り、現場の接地計画に従ってケーブルシールドと信号接地を処理します。RS485バスでは幹線の連続性を保ち、過度に長いスター分岐を避けてください。終端抵抗やバイアス抵抗が必要な場合は、バス上の位置と機器の対応能力に応じて設定します。
手順3：光ファイバーを接続する。2心式装置では通常、一端のTXを他端のRXに接続し、もう1心は逆方向に接続します。1心式装置では、対応する波長の組み合わせでペアにする必要があります。SC、FC、ST、LCはコネクター形状を示すだけなので、シングルモード／マルチモードと動作波長も併せて確認する必要があります。
手順4：電源を入れ、表示灯を確認する。まず電源、次に光リンク、最後にデータの送受信を確認します。光リンク表示灯が点灯しない場合は、パッチコードの端面、TX/RXが交差接続されているか、波長の組み合わせが適切か、光パワーが受信範囲内にあるかを確認してください。
手順5：短距離リンクでループバック試験を行う。長距離の光ケーブルに正式接続する前に、短いパッチコードと正常動作が確認済みのデータソースで送受信試験を行います。これにより、インターフェース設定の問題と回線の問題を切り分けられます。
4. 1+1光ファイバーバックアップ：真に独立した2つの光経路
1+1バックアップ装置は、2つの光方向を備えています。通常、サービスは主系光ファイバーを通り、主系リンクの障害を検出すると、装置固有の動作方針に従って予備系光ファイバーへ切り替わります。ユーザー提供の複合型光伝送装置の資料には、主系光ファイバーの障害後に予備系へ切り替え、主系の復旧後に切り戻すこと、および光ファイバー断時の保持などの機能が明記されています。ただし、これらは特定の型式の仕様であり、すべての2光ポート装置が同じ切替時間や保持ロジックを備えると推定することはできません。
1+1バックアップを適切に構築するための4つの要点
経路の独立性。主系と予備系の光ファイバーが同じ配管、溝、接続クロージャー内にある場合、掘削、火災、機器室の障害によって同時に故障する可能性があります。高信頼性が求められる案件では、物理経路、融着接続点、光配線盤のポートをできる限り分離してください。
光パラメーターの整合性。両方のリンクについて、減衰量と受信光パワーを個別に測定してください。主系経路だけを検証してはいけません。予備系リンクは長期間サービスを伝送しないため、定期点検の対象にも含める必要があります。
検証可能な切替動作。受入れ試験では、主系光ファイバーを抜く操作を模擬し、アラーム、切替時間、データフレームの欠落の有無、出力状態が保持されるかを記録します。その後、主系光ファイバーを復旧し、自動的に切り戻るか、切戻しによって二次的な影響が生じるかを確認します。
サービスの安全状態の明確化。リンク断後の要件は、アナログ値、接点信号、制御コマンドによって異なります。最終値の保持が必要なシステムもあれば、安全値へ戻す必要があるシステムもあります。保持時間、デフォルト出力、アラーム連動を受入れ確認表に明記してください。
5. 自己修復型光リング：1か所の光ファイバー断後に反対方向から迂回
自己修復型光リングは、トンネル、共同溝、鉄道交通、変電所のベイ、石油・ガスパイプライン、工場の生産ラインなど、経路に沿って複数拠点が分布する場合に適しています。制御センターをホストに接続し、各現場拠点を順番にスレーブへ接続します。各装置の2つの光ポートをそれぞれ前後の隣接ノードに接続し、最後のノードをホストへ戻すことで、完全な閉ループを形成します。
通常時、装置は設定された方向にデータを転送し、2つの光方向のリンク状態を継続的に監視します。いずれかの光ファイバー区間または接続点に障害が発生すると、自己修復機能を備える装置が転送経路を再構成し、リングの反対側から障害箇所を迂回させます。飛暢FC2P-D/Q/Rの公開情報には、ポイントツーポイント、チェーン、スター、冗長リングネットワークへの対応と、リング自己修復保護機能が記載されています。具体的な復旧時間、接続可能ノード数、障害の保護範囲は、注文した型式と現場試験に基づいて確認してください。
リング配線の5つの手順
手順1：ホストとノードの順序を計画する。物理的な位置に従って、ホスト、スレーブ1、スレーブ2からスレーブNまで番号を付け、各光ケーブル区間に一意の心線番号とラベルを割り当てます。シリアルポート側では、マスター局、スレーブ局のアドレス、ポーリング関係も計画する必要があります。
手順2：2つの光ポートを区間ごとに接続する。ホストの光ポート1をスレーブ1へ接続し、スレーブ1のもう一方の光ポートをスレーブ2へ接続します。同様に接続を続け、最後にスレーブNをホストの光ポート2へ戻します。1区間でも接続が欠けると、リングネットワークはチェーンネットワークになります。
手順3：光方向とパラメーターを確認する。各区間は、波長の組み合わせ、TX/RX方向、シングルモード／マルチモード、光パワーバジェットの要件を満たす必要があります。リング全体の距離だけでは区間ごとの光パワーバジェットを評価できません。各ホップの受信光パワーを個別に試験してください。
手順4：通常時の転送を検証する。閉ループが完成したら、局ごとにデータを読み取り、アドレスの競合、応答の重複、遅延の累積、一方向のリンク未確立がないか確認します。
手順5：光ファイバー断の模擬試験を実施する。異なる光ファイバー区間を順番に切り離し、アラームが発生すること、逆方向から通信が復旧すること、すべてのノードに引き続きアクセスできることを確認します。その後、光ファイバーを復旧し、ネットワークが自動的に正常状態へ戻るかを観察します。1か所の光ファイバー断後に自己修復できるからといって、2か所が断線した後も通信できるとは限りません。
6. ポイントツーマルチポイント：1つのセンターで複数の光方向を集約
キャンパス、トンネル、共同溝、料金所、工場エリアなどで、分散した複数の機器から中央へデータを送る必要がある場合は、制御センターに集約型光伝送装置を、各現場にノード用光伝送装置を配置できます。参考として挙げる集約型RS485光伝送装置は、1–8光方向を備え、中央側では1–2チャネルのRS485を出力できます。また、バージョンに応じて他のシリアルインターフェースを選択できます。各ノードには独立した光リンクが対応し、中央側でホストコンピューターまたはコントローラーへ集中接続します。
この構成はEthernetのスター型に似ていますが、サービスの動作は装置内部のシリアルデータ集約方式に依存します。複数のRS485スレーブが1つのマスターチャネルを共有する場合、アドレスの重複を避け、ポーリング周期、バス使用率、応答タイムアウトを評価する必要があります。各光方向に完全な分離や大容量の同時伝送が必要な場合は、独立チャネル型の装置を選んでください。「8光ポート」が「完全に独立した8シリアルポート」を意味すると考えてはいけません。
7. 光リンクの計算と選定方法
| 確認項目 | 設計上の判断 | よくある誤り |
|---|---|---|
| シングルモード／マルチモード | 距離、既設の光ケーブル、装置の光モジュールに基づいて決定し、両端で一致させる必要がある | 一端がシングルモード、他端がマルチモードでも無理に試験する |
| 1心／2心 | 1心式は通常、異なる送受信波長を使用するペアで動作し、2心式は通常TXとRXを区別する | 1心式装置をA/Bの波長に従ってペアにしない |
| コネクター | SC、FC、ST、LCおよびPC/APCの端面を適合させ、アダプターの損失も含める | 「差し込める」ことだけを確認し、端面種別を無視する |
| 光パワーバジェット | 送信光パワーから受信感度を差し引いた値で、光ファイバー、融着接続、コネクターの損失と設計余裕を賄う必要がある | 実際の受信光パワーを測定せず、距離のkm数だけで判断する |
| 波長 | マルチモードでは一般に850/1310nm、シングルモードでは一般に1310/1550nmを使用する。型式ごとの資料を参照する | 波長や伝送速度の異なるモジュールを混在させる |
| 清掃と曲げ | 接続前に端面を清掃し、曲げ半径を管理して、パッチコードを固定する | 端面の汚れにより、断続的な接続不良やビット誤りの増加が発生する |
光パワーバジェットは、次の簡単な関係式で理解できます。許容リンク損失＝送信光パワーの下限値−受信感度の上限値。実際の設計では、さらにコネクター損失、融着接続損失、光ファイバーの減衰、経年変化に対する余裕を差し引く必要があります。受信光パワーが低すぎるとリンクが切断され、高すぎると受信器が飽和する可能性があります。そのため、リンク表示灯を見るだけでなく、光パワーメーターで実測してください。
8. 配線から受入れまでの全工程
- ポート一覧表の作成：各装置の型式、製造番号、サービスインターフェース、光ポート、波長、光ファイバー心線番号、設置場所を記録します。
- 電源の確認：電圧範囲、消費電力、極性、冗長電源、接地を確認します。活線挿抜が認められていない端子の活線挿抜は厳禁です。
- まず銅線ケーブル側を試験：光ファイバーを接続せずに、シリアルポートの信号レベル、A/B極性、アナログ入出力、接点の初期状態を確認します。
- 次に光ケーブル側を試験：端面を清掃し、各心線の減衰量と受信光パワーを測定して、主系・予備系または分岐のラベルが一致していることを確認します。
- 短距離での組合せ調整：短いパッチコードを使用して両端の装置とパラメーターを検証した後、本設の光ケーブルに切り替えます。
- サービス試験：連続送受信、全チャネル、電源断後の再起動、長期安定性、異常メッセージの試験を実施します。
- 障害模擬試験：光ファイバーの抜去、電源断、リンク復旧を行い、アラーム、切替え、切戻し、出力の安全状態を観察します。
- 記録の作成：今後の保守に備えて、配線図、パラメーター表、光パワー、試験時刻、障害現象、対応結果を保存します。
9. よくある質問
両端の光リンク表示灯が点灯しているのに、データが届かないのはなぜですか？
リンク表示灯は、光層が基本的に確立していることを示すだけです。RS232/422/485のインターフェース選択、ボーレート、パリティ、マスター・スレーブ関係、A/B極性、機器アドレス、送受信方向も確認する必要があります。両端でシリアルループバックやシリアル解析ツールを使用すると、問題箇所を特定できます。
自己修復型光リングと1+1光ファイバーバックアップの違いは何ですか？
1+1バックアップは主に、2点間の1つのサービスリンクを、並列の主系・予備系光ファイバーで保護します。自己修復リングは複数ノードを閉ループで接続し、1か所の光ファイバー断後に、データが反対方向から迂回します。両者は、接続対象、転送機構、障害範囲が異なります。
伝送距離は長いほどよいのですか？
いいえ。実際の距離と光パワーバジェットに応じて、適切なモジュールを選定してください。送信光パワーが過大な場合、短距離の直接接続では受信器が過負荷になる可能性があります。必要に応じて、適切な光モジュールまたは光アッテネーターを使用してください。
10. 参考製品と適用範囲
| 飛暢科技の製品 | より適したトポロジー | 公開情報に記載された主な機能 |
|---|---|---|
| FCP-042806D集約型RS485光伝送装置 | ポイントツーマルチポイント | 1–8光方向に対応し、中央側で1–2チャネルのRS485を提供。バージョンに応じてRS232またはRS422を選択可能 |
| FC2P-D/Q/R シリアル光リング用光伝送装置 | ポイントツーポイント、チェーン、スター、リング | 1–2シリアルチャネルを備え、各チャネルはRS232/422/485インターフェースを同時に提供。2つの光ポートで複数のネットワーク構成に対応 |
| FC2P-042913 複合型光伝送装置 | 1+1光ファイバーバックアップ | アナログ、接点、シリアルの各サービスに対応し、主系光ファイバーの障害時に予備系光ファイバーへ切り替える |
注：本記事の原理図は、一般的なネットワーク機構を説明するための概念図であり、特定型式の実物、寸法比率、現場での実測結果を示すものではありません。ポート数、伝送距離、切替時間、波長、インターフェース、雷保護レベル、動作温度などのパラメーターは、注文した具体的な型式、取扱説明書、現場試験に基づいて確認してください。
中国語の技術記事から翻訳。原文の初回公開日：2019-07-31。原文の最終改訂日：2026-10-13T23:36:13+08:00。 中国語の原文を読む
