冗余光纤环网在污水处理厂的应用

关键词：
高速冗余　光纤环网 控制系统　污水处理

　　市场占有率超过80%的以太网是当今世界各地局域网(LAN)应用中领先的网络。100Mb/s快速以太网的出现使企业级的高速数据通信成为可能。污水处理厂控制点数量多、分布广、数据吞吐量大，快速工业以太网作为厂区的通信，是大型污水处理厂最优的解决方案。快速工业以太网的传输介质为玻璃光纤，为保证数据通信的可靠，具有冗余功能的光纤环网为用户提供了可选方案。本文以绵阳塔子坝污水处理厂为例，介绍高速冗余光纤环网在大型污水处理厂中的应用。

一 高速冗余光纤环网概述

光纤网络运行方式的选择
为了能够建立较大的网络，绵阳市塔子坝污水处理厂采用了有全双工功能的切换技术，如图1。切换的LAN与共享的LAN相比具有以下优点：每个独立的段都有全性能/数据率；在几个段内同时有数据业务，同时传送几个报文；过滤：局部数据业务依旧是局部的，只有被选择的数据包超出段的界限。

采用全双工(FDX)时，对网络中参与的终端内的冲突检测是自动释放的。FDX的一个先决条件是有单独发送和接受通道的传输介质(如FO和ITP)，以及所包含的部件有保存数据包的能力。

由于FDX中每个独立分段不会出现冲突，因而支持FDX的部件能以正常的传输速率同时发送和接收，数据的吞吐量要比网络的额定传输速率大一倍，快速以太网可达到200Mb/s。

FDX的另一优点是增大了网络范围。通过停止激活冲突原理，FDX能使两个部件间的距离增大到超过一个冲突域的范围。用全双工，有可能使所有的发送和接收部件传送距离达到性能极限。对于快速以太网，冲突域范围为412m，为了建立冲突域，网络部件选用SIMATIC OSM(光纤链路模块)，这样玻璃纤维光缆的最大长度达到3000m。

SIMATIC NET的高速冗余
一次出错后的快速网络重构时间是工业应用不可缺少的特性。否则，连接的终端会关闭逻辑通信连接，导致控制过程中断。

因此，用生成树协议的网络结构组织约需30～60s时间，在这一时间内，在网络内进行可靠的可视化显示或过程控制用的生产通信是不可能的。因此选用SIMATIC NET高速冗余，不采用生成树协议。

SIMATIC NET使用特殊开发的冗余控制过程，能够达到所需要的快速响应时间。用这种过程，在几分之一秒时间内能够重构一个功能网络基础结构。在绵阳市塔子坝污水处理厂中，由8个SIMATIC光纤切换模块(OSM)和一个具有冗余管理功能的OSM组成的100Mb/s光纤环中，出错后(如电路开路或切换故障)能在不到0.2s的时间内完成网络重构。

网络配置不会影响所连接的终端，在所有时间内都保证过程或应用的控制。除了在100Mb/s光纤环中实现高速、介质冗余外，SIMATIC OSM为光纤环和网络段的高速冗余控制提供所需要的功能。

二 高速冗余光纤环网的应用

　　绵阳市塔子坝污水处理厂日处理污水设计为20万吨，自控系统除中控室外设计为8个站：提升泵站、预处理站、1#～4#一体化生物反应池、鼓风机站、脱水机站，监控点多达4000余个，且分布在近1km2的厂区内。另外，离污水厂不远有一个发电站。为保证系统数据传输的可靠，减少因网络传输故障引起的系统停机，因此将高速冗余光纤环网应用于本系统。网络系统结构如图2所示。

　　德国西门子产品稳定可靠的性能、简便易行的控制方式在各行各业的应用中取得了良好的效果。本系统主要采用西门子产品构建，采用了以下设备：PLC——SIMATIC S7-300系列，CPU314和CPU315；通信处理器——SIMATIC CP343-1；光纤——IBM多模光纤；Profibus-DP及双绞线以太网；光电转换模块——SIMATIC OSM(光纤链路模块)，中控室采用TP62系列，其余各站采用TP22系列。

　　网络主干网采用高速冗余光纤环网，将各PLC站与中控室连接起来；各OSM与PLC之间的通信距离非常短(一般都装于同一个PLC柜)，通过CP343-1采用双绞线以太网通信；污泥脱水机房的PLC与各脱水机和加药装置的PLC构成主从站，各PLC间通信距离小于50m，采用Profibus-DP实现通信要求。

　　值得注意的是，中控室的OSM应具有冗余管理功能及多个RJ45接口，因而选用TP62系列，实际使用时将其冗余开关设为开(具体方法见模块说明书)。为满足厂长和其他管理部门对现场工艺数据的需求，通过网络服务器和交换机，以TCP/IP为传输协议，将网络延伸到厂区内外。

三 结束语

　　本文以绵阳市塔子坝污水处理厂为例，介绍了高速冗余光纤环网在大型污水处理厂中的应用。实践表明，高速冗余光纤环网具有传输速率高、抗电磁干扰性强等优点。此外，网络系统良好的冗余功能，使得控制系统的可靠性大幅提高。因此，高速冗余光纤环网是大型和有特殊要求污水处理厂理想的网络方案。