雙重冗余工業(yè)以太網(wǎng)在陽極焙燒系統(tǒng)中的應用
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2．2工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術
由于惡劣的工業(yè)環(huán)境，使得工業(yè)控制網(wǎng)絡比商用網(wǎng)絡提出了更高的可靠性要求，導致工業(yè)以太網(wǎng)的冗余技術應運而生．工業(yè)自動化中的以太網(wǎng)冗余技術包括：電源冗余、介質(zhì)冗余、網(wǎng)絡節(jié)點冗余、網(wǎng)絡冗余及系統(tǒng)冗余等內(nèi)容．
控制系統(tǒng)的基本冗余要求就是通信網(wǎng)絡每一部分在出現(xiàn)電源故障后都能夠連接到后備電源上，一旦停電，后備電源就開始接替供電，并且通過E—mail或者繼電器輸出向管理人員發(fā)送電源故障警報．介質(zhì)冗余可以在部分網(wǎng)絡不可用時構(gòu)成一條備用路徑，常用方法是使用雙星型拓撲構(gòu)建即時可用的自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡．
網(wǎng)絡節(jié)點冗余是使與設備連接的交換機必須要構(gòu)建雙網(wǎng)絡節(jié)點，2個網(wǎng)絡節(jié)點都必須連接到雙引導的控制器上．當災難發(fā)生的時候，為保證系統(tǒng)正常運行，控制器確保與終端連接，2個以太網(wǎng)界面均應連接到2個冗余交換機上，并選擇較穩(wěn)定的一條作為主路徑．網(wǎng)絡冗余即架構(gòu)一個所有設備都有冗余功能的網(wǎng)絡．一個完全的冗余系統(tǒng)包含：冗余交換機、冗余通信端口和一對冗余設備．所有的以太網(wǎng)設備和工作站都必須要連接到2個獨立的網(wǎng)絡環(huán)路中去．完全系統(tǒng)冗余可以形成一個數(shù)據(jù)流失最少、具備快速冗余時間的可靠網(wǎng)絡．
2．3雙重冗余工業(yè)以太網(wǎng)在陽極焙燒DCS中實現(xiàn)
為構(gòu)建10M／100M自適應雙重冗余工業(yè)現(xiàn)場以太通訊網(wǎng)絡，必須選擇匹配的網(wǎng)絡類型并進行合理的冗余配置．
首先，選擇工業(yè)以太網(wǎng)類型必須考慮與已有的控制平臺匹配及各類網(wǎng)絡的特點．由于控制平臺采用SchneiderQuantum系列PLC，且Quantum系列PLC具有基于Modbus／TCP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊NOE77l1O，同時Modbus／TCP工業(yè)以太網(wǎng)由于具有簡單、高效的特點，并且在考慮初始投資和充分利用現(xiàn)有資源上有明顯優(yōu)勢．因此，系統(tǒng)中采用NOE771lO以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)基于Modbus／TCP協(xié)議的10M／100M自適應工業(yè)以太網(wǎng)．
其次，為保證通訊網(wǎng)絡的可靠性，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對控制網(wǎng)絡設備要進行合理的冗余．①電源可靠性：為保證網(wǎng)絡設備的電源能正常，因此所有的PLC控制器、監(jiān)控計算機及交換機的電源均采由UPS供電．②設備冗余：在每個控制站PLC中均配置2塊10M／100M自適應NOE77110以太網(wǎng)模塊，在交換設備中配置2臺Ciscol6口交換機，在每一臺監(jiān)控計算機中均配置2塊3Corn以太網(wǎng)卡．由于已經(jīng)進行了網(wǎng)絡設備的冗余，使得每個設備間的通訊均存在冗余通路，從而對每一個設備的通訊介質(zhì)不需再進行冗余配備．通過上述冗余技術最終實現(xiàn)了基于Modbus／TCP協(xié)議的雙重冗余星型10M／100M自適應工業(yè)以太網(wǎng)．系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示．
從圖1可以看出，通訊系統(tǒng)的可靠性通過冗余技術得以保證，若系統(tǒng)其中一個通訊通道中設備出現(xiàn)任何的故障，可以通過軟件切換至另一個通訊通道；若2個通訊通道均有設備出現(xiàn)故障，則只需要通過手工合理調(diào)整通訊介質(zhì)的接插位置即可恢復通訊．通訊系統(tǒng)的快速性通過網(wǎng)絡硬件設備及通訊協(xié)議得以保證．
通過現(xiàn)場實際運行，基于Modbus／TCP協(xié)議雙重冗余的星型10M／100M自適應工業(yè)以太通訊網(wǎng)絡為陽極炭素焙燒控制系統(tǒng)提供了可靠的通訊平臺．此外，該網(wǎng)絡還具備其他可擴展的功能：①通過NOE77110以太網(wǎng)模塊中內(nèi)置的HttpServer服務功能，能實現(xiàn)遠程的故障診斷和修復功能，實現(xiàn)了真正意義上的“透明工廠”．②提供了通用的通訊平臺，為將來系統(tǒng)的擴展提供了便利條件，例如，在后續(xù)的成型車間技術改造時，只要添加以太網(wǎng)通訊模塊即可實現(xiàn)整個焙燒工段所有數(shù)據(jù)共享．③通過引入以太網(wǎng)技術，為企業(yè)實現(xiàn)CIMS或ERP技術提供了設備層的所有數(shù)據(jù)，避免了“自動化”孤島，能與企業(yè)的MIS系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接．
3結(jié)語
近幾年工業(yè)以太網(wǎng)技術有了長足進步，采用星型連接代替總線型、使用以太網(wǎng)交換技術、全雙工通訊技術及虛擬局域網(wǎng)技術等措施，使得以太網(wǎng)通信的實時性及確定性得以保證；從物理層及協(xié)議等方面完善以太網(wǎng)絡，達到了工業(yè)要求的高可靠性；通過引入網(wǎng)關和防火墻技術保證以太網(wǎng)絡的信息安全性，并通過引入常見的隔爆防爆技術保證以太網(wǎng)絡的生產(chǎn)安全性嗍；通過國際組織及各公司的共同合作，加強各類以太網(wǎng)絡的互操作性，推動網(wǎng)絡體系的標準化．
總之，隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術的成熟和統(tǒng)一，工業(yè)以太網(wǎng)技術應用將會越來越廣泛為自動化技術的實現(xiàn)提供更為強大的可靠的保證，將在國家“以信息化帶動工業(yè)化”的進程中發(fā)揮越來越重要作用．
參考文獻：
[1]崔東生．我國鋁用炭素的發(fā)展方向及提高其質(zhì)量的措施[J]．礦業(yè)研究與開發(fā)，2003，23（S1）：56—59．
[2]孫毅，崔東生，徐英第．我國鋁用炭素發(fā)展方向與措施[J]．輕金屬，2003，23（7）：45—48．
[3]王曉斌．焙燒爐溫度自動控制系統(tǒng)[J]．炭素技術，1997，16（6）：34—37．
[4]劉潔．陽極焙燒技術的新工藝及裝備口]．輕金屬，2003，23（1）：47—51．
[5]陽憲惠．工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡[M]．北京：清華大學出版社，2003．
[6]佟為明，劉勇，趙志衡．幾種主流工業(yè)以太網(wǎng)[J]．低壓電器，2005。260（6）：41—43．
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