單建華1，朱開東2，張浩3?
(1.杭州蕭山自來水公司，浙江杭州311200；2.中國市政工程華北設計研究院，天津300074；3.?？谑凶詠硭荆Ｄ虾？?0208)

　　摘　要：對蕭山區(qū)已建水廠自控網(wǎng)絡的優(yōu)、缺點進行了分析，介紹了南片新建水廠將以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結合、實現(xiàn)管控一體化的優(yōu)化網(wǎng)絡設計。?
　　關鍵詞：以太網(wǎng)；現(xiàn)場總線；管控一體化?
　　中圖分類號：TU991.56
　　文獻標識碼：C
　　文章編號 ：1000-4602(2002)03-0066-03

　　杭州蕭山自來水公司從20世紀80年代開始先后完成了管網(wǎng)檢測無線調度系統(tǒng)和第一、二水廠自控技術改造以及第三水廠的全自動控制，且均采用PC+PLC方式構成集散型自動控制系統(tǒng)，自控網(wǎng)絡為AB公司的DH+網(wǎng)絡。總體上該網(wǎng)絡是安全、可靠、經(jīng)濟適用的，但也存在一些嚴重的缺點：?
　?、?系統(tǒng)不開放、可集成性差，不同廠家的自控設備難以鏈入DH+網(wǎng)絡，即使最常用的PC機入網(wǎng)也必須采用AB公司的專用通訊適配卡。?
　?、?網(wǎng)絡傳輸速率低、信息集成傳輸能力差，致使水廠的工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)和電話通訊系統(tǒng)只能各自獨立，無法實現(xiàn)管控一體化。
　　③ 總公司與各水廠之間只有數(shù)據(jù)量很小的無線通訊而沒有網(wǎng)絡通訊，總公司無法監(jiān)視水廠的實時運行狀況，水廠也無法獲取管理信息。
　　④ PC+PLC自控系統(tǒng)只是將控制分散到若干工段，而未能將危險充分進行分散。大量I/O電纜、視頻電纜的敷設施工，不僅增加了成本還會造成相互干擾，使整個自控系統(tǒng)的可靠性下降。?
　?、?缺乏網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡的可管性、可操作性差。?
　　⑥ DH+網(wǎng)絡缺乏遠程診斷及維護的最基本環(huán)境。?

1 工業(yè)控制網(wǎng)絡?

1.1 以太網(wǎng)?
　　① 以太網(wǎng)絡以其統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議和CSMA/CD多路訪問方式使得Internet網(wǎng)絡迅猛發(fā)展，這一成功經(jīng)驗使一直受不同協(xié)議的兼容問題困擾的工業(yè)界看到希望，許多PLC生產(chǎn)廠家均 開發(fā)、推出以太網(wǎng)通訊模塊，使其PLC控制器能方便地鏈入以太網(wǎng)絡。?
　?、?以太網(wǎng)絡以其廉價、高速、簡易、方便的特性被引入工業(yè)控制底層網(wǎng)絡中，即使最底 層的I/O采集器也已集成有以太網(wǎng)絡功能，從而使現(xiàn)場生產(chǎn)層、控制層和管理決策集成為具 有統(tǒng)一TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)絡，使水廠自控網(wǎng)絡具有了管(經(jīng)營)控(生產(chǎn)控制)一體化功能，產(chǎn)供銷始終處于最佳狀態(tài)。?
　?、?以太網(wǎng)絡以其傳輸速率高、信息量大、兼容性強、編址靈活方便、網(wǎng)絡管理功能完善等顯著優(yōu)點而受到許多工業(yè)控制現(xiàn)場總線開發(fā)機構的高度重視，他們正致力于開發(fā)Ethernet/IP總線網(wǎng)絡，而工業(yè)以太網(wǎng)絡很有可能成為最終統(tǒng)一的工業(yè)控制現(xiàn)場總線標準。
1.2 現(xiàn)場總線
　　① 現(xiàn)場總線的本質特征是使用有現(xiàn)場總線通信能力的智能現(xiàn)場設備、智能儀表，由這些設備所構成的網(wǎng)絡節(jié)點不僅具有豎向(系統(tǒng))同時也具有橫向(節(jié)點之間)的通信能力。?
　　② 該技術一直是當今世界自動化領域中的熱點，人們期待由一種現(xiàn)場總線標準協(xié)議來規(guī)范現(xiàn)場總線產(chǎn)品。目前有8種總線成為IEC現(xiàn)行的現(xiàn)場總線技術標準，因此比較實際的做法是選 擇具有可靠性高和冗余功能強的智能I/O現(xiàn)場總線，以便甩掉大量的控制電纜、節(jié)省投資和增加自控系統(tǒng)的可靠性。?
　?、?目前具有現(xiàn)場總線通信能力的智能儀器、儀表及閥門、泵、加氯機等總線型設備在市場上已有供應，但總體上價格較高。

2 光纖通訊技術

　　光纖通訊技術的特點是：
　?、倬哂袀鬏旑l帶寬、速率高的顯著特點，被現(xiàn)代網(wǎng)絡通訊廣泛使用。
　?、诰哂休^高的抗電磁干擾和抗雷電襲擊的能力，被廣泛地應用到工業(yè)自動控制場合。
　?、劬哂袛?shù)據(jù)、圖像、語言三網(wǎng)合一的傳輸功能，常被企業(yè)局域網(wǎng)采用，水廠的工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)和自控系統(tǒng)也可合并成一個光纖通訊網(wǎng)。
　?、?交換機、HUB和光電轉換設備均已成熟可靠，且價格有較大幅度下降，是目前性價比最優(yōu)的設備之一。

3 　蕭山南片水廠的自控網(wǎng)絡

　　為克服已建水廠中存在的不足，利用目前先進、成熟的網(wǎng)絡技術構成了南片水廠的自控網(wǎng)絡。
　?、?采用10/100兆工業(yè)以太網(wǎng)絡作為主網(wǎng)絡。
　　② 采用光纖為網(wǎng)絡通訊媒體并構成光纖環(huán)網(wǎng)，使之具有冗余功能。
　?、?采用全雙工的光交換機，構成全雙工光纖以太環(huán)網(wǎng)。
　　④采用圖像、數(shù)字技術和視頻服務器將工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)和自控系統(tǒng)合并建成一個光纖以太環(huán)網(wǎng)。
　?、?配有以太網(wǎng)通訊模塊的PLC可直接鏈入光纖以太環(huán)網(wǎng)中，成為以太網(wǎng)絡節(jié)點。
　　⑥ 選擇具有智能I/O現(xiàn)場總線通訊功能的PLC作為現(xiàn)場控制器。
　　南片水廠自控網(wǎng)絡拓撲圖見圖1。

　　由圖1可見：
　?、?該自控網(wǎng)絡屬于光纖以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結合的多層網(wǎng)絡，其最高層是管 理層為10/100兆星形交換式以太網(wǎng)；主控制層為10/100兆全雙工光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng) ；現(xiàn)場層是PLC的智能I/O現(xiàn)場總線。
　?、?網(wǎng)絡中的3#PLCV型濾池控制站采用雙機熱備份自動切換的PLC和冗余型現(xiàn)場總線，構成V型濾池自控系統(tǒng)。
　　③ 現(xiàn)場的實況攝像機聯(lián)接到視頻服務器，后者將圖像數(shù)字化處理后，鏈入10/100兆光纖以太網(wǎng)絡中實時傳輸并采用多媒體技術，由視頻PC機完成監(jiān)控。
　?、?網(wǎng)絡中所有的PLC控制器、PC機、視頻服務器、光交換機和遠程Modem均遵循TCP/IP協(xié)議。
　?、?通過網(wǎng)絡中的Modem，自控網(wǎng)絡可實現(xiàn)遠程診斷和維護。

4 　結語

　?、?南片水廠采用10/100兆全雙工光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，克服了已建水廠自控系統(tǒng)中存在的傳輸速率低、數(shù)據(jù)信息量少、協(xié)議不統(tǒng)一、不兼容和不能與總公司聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)共享等不足。
　?、?在還沒有統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標準的情況下，采用目前主流的以太網(wǎng)絡并結合PLC的現(xiàn)場總線來建設水廠自控網(wǎng)絡是比較先進和實際的。

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　　收稿日期：2002-01-14