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　　市場(chǎng)占有率超過(guò)80%的以太網(wǎng)是當(dāng)今世界各地局域網(wǎng)(LAN)應(yīng)用中領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)。100Mb/s快速以太網(wǎng)的出現(xiàn)使企業(yè)級(jí)的高速數(shù)據(jù)通信成為可能。污水處理廠控制點(diǎn)數(shù)量多、分布廣、數(shù)據(jù)吞吐量大，快速工業(yè)以太網(wǎng)作為廠區(qū)的通信，是大型污水處理廠最優(yōu)的解決方案。快速工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)為玻璃光纖，為保證數(shù)據(jù)通信的可靠，具有冗余功能的光纖環(huán)網(wǎng)為用戶提供了可選方案。本文以綿陽(yáng)塔子壩污水處理廠為例，介紹高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)在大型污水處理廠中的應(yīng)用。

　　一 高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)概述

　　光纖網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式的選擇

　　為了能夠建立較大的網(wǎng)絡(luò)，綿陽(yáng)市塔子壩污水處理廠采用了有全雙工功能的切換技術(shù)，如圖1。切換的LAN與共享的LAN相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)獨(dú)立的段都有全性能/數(shù)據(jù)率；在幾個(gè)段內(nèi)同時(shí)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)傳送幾個(gè)報(bào)文；過(guò)濾：局部數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)依舊是局部的，只有被選擇的數(shù)據(jù)包超出段的界限。
采用全雙工(FDX)時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中參與的終端內(nèi)的沖突檢測(cè)是自動(dòng)釋放的。FDX的一個(gè)先決條件是有單獨(dú)發(fā)送和接受通道的傳輸介質(zhì)(如FO和ITP)，以及所包含的部件有保存數(shù)據(jù)包的能力。

　　由于FDX中每個(gè)獨(dú)立分段不會(huì)出現(xiàn)沖突，因而支持FDX的部件能以正常的傳輸速率同時(shí)發(fā)送和接收，數(shù)據(jù)的吞吐量要比網(wǎng)絡(luò)的額定傳輸速率大一倍，快速以太網(wǎng)可達(dá)到200Mb/s。
FDX的另一優(yōu)點(diǎn)是增大了網(wǎng)絡(luò)范圍。通過(guò)停止激活沖突原理，F(xiàn)DX能使兩個(gè)部件間的距離增大到超過(guò)一個(gè)沖突域的范圍。用全雙工，有可能使所有的發(fā)送和接收部件傳送距離達(dá)到性能極限。對(duì)于快速以太網(wǎng)，沖突域范圍為412m，為了建立沖突域，網(wǎng)絡(luò)部件選用SIMATIC OSM(光纖鏈路模塊)，這樣玻璃纖維光纜的最大長(zhǎng)度達(dá)到3000m。

　　SIMATIC NET的高速冗余

　　一次出錯(cuò)后的快速網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)間是工業(yè)應(yīng)用不可缺少的特性。否則，連接的終端會(huì)關(guān)閉邏輯通信連接，導(dǎo)致控制過(guò)程中斷。因此，用生成樹(shù)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組織約需30～60s時(shí)間，在這一時(shí)間內(nèi)，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行可靠的可視化顯示或過(guò)程控制用的生產(chǎn)通信是不可能的。因此選用SIMATIC NET高速冗余，不采用生成樹(shù)協(xié)議。

　　SIMATIC NET使用特殊開(kāi)發(fā)的冗余控制過(guò)程，能夠達(dá)到所需要的快速響應(yīng)時(shí)間。用這種過(guò)程，在幾分之一秒時(shí)間內(nèi)能夠重構(gòu)一個(gè)功能網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在綿陽(yáng)市塔子壩污水處理廠中，由8個(gè)SIMATIC光纖切換模塊(OSM)和一個(gè)具有冗余管理功能的OSM組成的100Mb/s光纖環(huán)中，出錯(cuò)后(如電路開(kāi)路或切換故障)能在不到0.2s的時(shí)間內(nèi)完成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。
網(wǎng)絡(luò)配置不會(huì)影響所連接的終端，在所有時(shí)間內(nèi)都保證過(guò)程或應(yīng)用的控制。除了在100Mb/s光纖環(huán)中實(shí)現(xiàn)高速、介質(zhì)冗余外，SIMATIC OSM為光纖環(huán)和網(wǎng)絡(luò)段的高速冗余控制提供所需要的功能。

　　二 高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)的應(yīng)用

　　綿陽(yáng)市塔子壩污水處理廠日處理污水設(shè)計(jì)為20萬(wàn)噸，自控系統(tǒng)除中控室外設(shè)計(jì)為8個(gè)站：提升泵站、預(yù)處理站、1#～4#一體化生物反應(yīng)池、鼓風(fēng)機(jī)站、脫水機(jī)站，監(jiān)控點(diǎn)多達(dá)4000余個(gè)，且分布在近1km2的廠區(qū)內(nèi)。另外，離污水廠不遠(yuǎn)有一個(gè)發(fā)電站。為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽浚瑴p少因網(wǎng)絡(luò)傳輸故障引起的系統(tǒng)停機(jī)，因此將高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)應(yīng)用于本系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　德國(guó)西門(mén)子產(chǎn)品穩(wěn)定可靠的性能、簡(jiǎn)便易行的控制方式在各行各業(yè)的應(yīng)用中取得了良好的效果。本系統(tǒng)主要采用西門(mén)子產(chǎn)品構(gòu)建，采用了以下設(shè)備：PLC――SIMATIC S7-300系列，CPU314和CPU315；通信處理器――SIMATIC CP343-1；光纖――IBM多模光纖；Profibus-DP及雙絞線以太網(wǎng)；光電轉(zhuǎn)換模塊――SIMATIC OSM(光纖鏈路模塊)，中控室采用TP62系列，其余各站采用TP22系列。

　　網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)采用高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)，將各PLC站與中控室連接起來(lái)；各OSM與PLC之間的通信距離非常短(一般都裝于同一個(gè)PLC柜)，通過(guò)CP343-1采用雙絞線以太網(wǎng)通信；污泥脫水機(jī)房的PLC與各脫水機(jī)和加藥裝置的PLC構(gòu)成主從站，各PLC間通信距離小于50m，采用Profibus-DP實(shí)現(xiàn)通信要求。

　　值得注意的是，中控室的OSM應(yīng)具有冗余管理功能及多個(gè)RJ45接口，因而選用TP62系列，實(shí)際使用時(shí)將其冗余開(kāi)關(guān)設(shè)為開(kāi)(具體方法見(jiàn)模塊說(shuō)明書(shū))。為滿足廠長(zhǎng)和其他管理部門(mén)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝數(shù)據(jù)的需求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和交換機(jī)，以TCP/IP為傳輸協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò)延伸到廠區(qū)內(nèi)外。

　　三 結(jié)束語(yǔ)

　　本文以綿陽(yáng)市塔子壩污水處理廠為例，介紹了高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)在大型污水處理廠中的應(yīng)用。實(shí)踐表明，高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)具有傳輸速率高、抗電磁干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。此外，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)良好的冗余功能，使得控制系統(tǒng)的可靠性大幅提高。因此，高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)是大型和有特殊要求污水處理廠理想的網(wǎng)絡(luò)方案。