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.海口市自來水公司，海南海口70208)

　　摘　要：對蕭山區已建水廠自控網絡的優、缺點進行了分析，介紹了南片新建水廠將以太網與現場總線相結合、實現管控一體化的優化網絡設計。?
　　關鍵詞：以太網；現場總線；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檢測無線調度系統和第一、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，自控網絡為AB公司的DH+網絡。總體上該網絡是安全、可靠、經濟適用的，但也存在一些嚴重的缺點：?
　　① 系統不開放、可集成性差，不同廠家的自控設備難以鏈入DH+網絡，即使最常用的PC機入網也必須采用AB公司的專用通訊適配卡。?
　　② 網絡傳輸速率低、信息集成傳輸能力差，致使水廠的工業電視監視系統和電話通訊系統只能各自獨立，無法實現管控一體化。
　　③ 總公司與各水廠之間只有數據量很小的無線通訊而沒有網絡通訊，總公司無法監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，使整個自控系統的可靠性下降。?
　　⑤ 缺乏網絡管理系統，網絡的可管性、可操作性差。?
　　⑥ DH+網絡缺乏遠程診斷及維護的最基本環境。?

1 工業控制網絡?

1.1 以太網?
　　① 以太網絡以其統一的TCP/IP協議和CSMA/CD多路訪問方式使得Internet網絡迅猛發展，這一成功經驗使一直受不同協議的兼容問題困擾的工業界看到希望，許多PLC生產廠家均 開發、推出以太網通訊模塊，使其PLC控制器能方便地鏈入以太網絡。?
　　② 以太網絡以其廉價、高速、簡易、方便的特性被引入工業控制底層網絡中，即使最底 層的I/O采集器也已集成有以太網絡功能，從而使現場生產層、控制層和管理決策集成為具 有統一TCP/IP協議的工業以太網絡，使水廠自控網絡具有了管(經營)控(生產控制)一體化功能，產供銷始終處于最佳狀態。?
　　③ 以太網絡以其傳輸速率高、信息量大、兼容性強、編址靈活方便、網絡管理功能完善等顯著優點而受到許多工業控制現場總線開發機構的高度重視，他們正致力于開發Ethernet/IP總線網絡，而工業以太網絡很有可能成為最終統一的工業控制現場總線標準。
1.2 現場總線
　　① 現場總線的本質特征是使用有現場總線通信能力的智能現場設備、智能儀表，由這些設備所構成的網絡節點不僅具有豎向(系統)同時也具有橫向(節點之間)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，人們期待由一種現場總線標準協議來規范現場總線產品。目前有8種總線成為IEC現行的現場總線技術標準，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現場總線，以便甩掉大量的控制電纜、節省投資和增加自控系統的可靠性。?
　　③ 目前具有現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：
　　①具有傳輸頻帶寬、速率高的顯著特點，被現代網絡通訊廣泛使用。
　　②具有較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自動控制場合。
　　③具有數據、圖像、語言三網合一的傳輸功能，常被企業局域網采用，水廠的工業電視監視系統和自控系統也可合并成一個光纖通訊網。
　　④ 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，是目前性價比最優的設備之一。

3 　蕭山南片水廠的自控網絡

　　為克服已建水廠中存在的不足，利用目前先進、成熟的網絡技術構成了南片水廠的自控網絡。
　　① 采用10/100兆工業以太網絡作為主網絡。
　　② 采用光纖為網絡通訊媒體并構成光纖環網，使之具有冗余功能。
　　③ 采用全雙工的光交換機，構成全雙工光纖以太環網。
　　④采用圖像、數字技術和視頻服務器將工業電視監視系統和自控系統合并建成一個光纖以太環網。
　　⑤ 配有以太網通訊模塊的PLC可直接鏈入光纖以太環網中，成為以太網絡節點。
　　⑥ 選擇具有智能I/O現場總線通訊功能的PLC作為現場控制器。
　　南片水廠自控網絡拓撲圖見圖1。

　　由圖1可見：
　　① 該自控網絡屬于光纖以太網與現場總線相結合的多層網絡，其最高層是管 理層為10/100兆星形交換式以太網；主控制層為10/100兆全雙工光纖工業以太環網 ；現場層是PLC的智能I/O現場總線。
　　② 網絡中的3#PLCV型濾池控制站采用雙機熱備份自動切換的PLC和冗余型現場總線，構成V型濾池自控系統。
　　③ 現場的實況攝像機聯接到視頻服務器，后者將圖像數字化處理后，鏈入10/100兆光纖以太網絡中實時傳輸并采用多媒體技術，由視頻PC機完成監控。
　　④ 網絡中所有的PLC控制器、PC機、視頻服務器、光交換機和遠程Modem均遵循TCP/IP協議。
　　⑤ 通過網絡中的Modem，自控網絡可實現遠程診斷和維護。

4 　結語

　　① 南片水廠采用10/100兆全雙工光纖工業以太環網，克服了已建水廠自控系統中存在的傳輸速率低、數據信息量少、協議不統一、不兼容和不能與總公司聯網進行數據共享等不足。
　　② 在還沒有統一的現場總線標準的情況下，采用目前主流的以太網絡并結合PLC的現場總線來建設水廠自控網絡是比較先進和實際的。

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　　收稿日期：2002-01-14