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

　　一 高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)概述

　　光纖網(wǎng)絡(luò )運行方式的選擇

　　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(chǎng)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)獨立的段都有全性能/數據率；在幾個(gè)段內同時(shí)有數據業(yè)務(wù)，同時(shí)傳送幾個(gè)報文；過(guò)濾：局部數據業(yè)務(wù)依舊是局部的，只有被選擇的數據包超出段的界限。
采用全雙工(FDX)時(shí)，對網(wǎng)絡(luò )中參與的終端內的沖突檢測是自動(dòng)釋放的。FDX的一個(gè)先決條件是有單獨發(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據包的能力。

　　由于FDX中每個(gè)獨立分段不會(huì )出現沖突，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，數據的吞吐量要比網(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，FDX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到性能極限。對于快速以太網(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(cháng)度達到3000m。

　　SIMATIC NET的高速冗余

　　一次出錯后的快速網(wǎng)絡(luò )重構時(shí)間是工業(yè)應用不可缺少的特性。否則，連接的終端會(huì )關(guān)閉邏輯通信連接，導致控制過(guò)程中斷。因此，用生成樹(shù)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )結構組織約需30～60s時(shí)間，在這一時(shí)間內，在網(wǎng)絡(luò )內進(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，能夠達到所需要的快速響應時(shí)間。用這種過(guò)程，在幾分之一秒時(shí)間內能夠重構一個(gè)功能網(wǎng)絡(luò )基礎結構。在綿陽(yáng)市塔子壩污水處理廠(chǎng)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，出錯后(如電路開(kāi)路或切換故障)能在不到0.2s的時(shí)間內完成網(wǎng)絡(luò )重構。
網(wǎng)絡(luò )配置不會(huì )影響所連接的終端，在所有時(shí)間內都保證過(guò)程或應用的控制。除了在100Mb/s光纖環(huán)中實(shí)現高速、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)的應用

　　綿陽(yáng)市塔子壩污水處理廠(chǎng)日處理污水設計為20萬(wàn)噸，自控系統除中控室外設計為8個(gè)站：提升泵站、預處理站、1#～4#一體化生物反應池、鼓風(fēng)機站、脫水機站，監控點(diǎn)多達4000余個(gè)，且分布在近1km2的廠(chǎng)區內。另外，離污水廠(chǎng)不遠有一個(gè)發(fā)電站。為保證系統數據傳輸的可靠，減少因網(wǎng)絡(luò )傳輸故障引起的系統停機，因此將高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)應用于本系統。網(wǎng)絡(luò )系統結構如圖2所示。

　　德國西門(mén)子產(chǎn)品穩定可靠的性能、簡(jiǎn)便易行的控制方式在各行各業(yè)的應用中取得了良好的效果。本系統主要采用西門(mén)子產(chǎn)品構建，采用了以下設備：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(xiàn)以太網(wǎng)；光電轉換模塊――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(xiàn)以太網(wǎng)通信；污泥脫水機房的PLC與各脫水機和加藥裝置的PLC構成主從站，各PLC間通信距離小于50m，采用Profibus-DP實(shí)現通信要求。

　　值得注意的是，中控室的OSM應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)設為開(kāi)(具體方法見(jiàn)模塊說(shuō)明書(shū))。為滿(mǎn)足廠(chǎng)長(cháng)和其他管理部門(mén)對現場(chǎng)工藝數據的需求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器和交換機，以TCP/IP為傳輸協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò )延伸到廠(chǎng)區內外。

　　三 結束語(yǔ)

　　本文以綿陽(yáng)市塔子壩污水處理廠(chǎng)為例，介紹了高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)在大型污水處理廠(chǎng)中的應用。實(shí)踐表明，高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)具有傳輸速率高、抗電磁干擾性強等優(yōu)點(diǎn)。此外，網(wǎng)絡(luò )系統良好的冗余功能，使得控制系統的可靠性大幅提高。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(chǎng)理想的網(wǎng)絡(luò )方案。