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(shè)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(qū)已建水廠自控網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)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(jié)合、實(shí)現(xiàn)管控一體化的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。?
　　關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(jì)80年代開始先后完成了管網(wǎng)檢測無線調(diào)度系統(tǒng)和第一、二水廠自控技術(shù)改造以及第三水廠的全自動控制，且均采用PC+PLC方式構(gòu)成集散型自動控制系統(tǒng)，自控網(wǎng)絡(luò)為AB公司的DH+網(wǎng)絡(luò)。總體上該網(wǎng)絡(luò)是安全、可靠、經(jīng)濟(jì)適用的，但也存在一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)：?
　　① 系統(tǒng)不開放、可集成性差，不同廠家的自控設(shè)備難以鏈入DH+網(wǎng)絡(luò)，即使最常用的PC機(jī)入網(wǎng)也必須采用AB公司的專用通訊適配卡。?
　　② 網(wǎng)絡(luò)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(dú)立，無法實(shí)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(luò)通訊，總公司無法監(jiān)視水廠的實(shí)時運(yùn)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(jìn)行分散。大量I/O電纜、視頻電纜的敷設(shè)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。?
　　⑤ 缺乏網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的可管性、可操作性差。?
　　⑥ DH+網(wǎng)絡(luò)缺乏遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)的最基本環(huán)境。?

1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)?

1.1 以太網(wǎng)?
　　① 以太網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)。?
　　② 以太網(wǎng)絡(luò)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(luò)中，即使最底 層的I/O采集器也已集成有以太網(wǎng)絡(luò)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(luò)，使水廠自控網(wǎng)絡(luò)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)。?
　　③ 以太網(wǎng)絡(luò)以其傳輸速率高、信息量大、兼容性強(qiáng)、編址靈活方便、網(wǎng)絡(luò)管理功能完善等顯著優(yōu)點(diǎn)而受到許多工業(yè)控制現(xiàn)場總線開發(fā)機(jī)構(gòu)的高度重視，他們正致力于開發(fā)Ethernet/IP總線網(wǎng)絡(luò)，而工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)很有可能成為最終統(tǒng)一的工業(yè)控制現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 現(xiàn)場總線
　　① 現(xiàn)場總線的本質(zhì)特征是使用有現(xiàn)場總線通信能力的智能現(xiàn)場設(shè)備、智能儀表，由這些設(shè)備所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅具有豎向(系統(tǒng))同時也具有橫向(節(jié)點(diǎn)之間)的通信能力。?
　　② 該技術(shù)一直是當(dāng)今世界自動化領(lǐng)域中的熱點(diǎn)，人們期待由一種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此比較實(shí)際的做法是選 擇具有可靠性高和冗余功能強(qiáng)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。?
　　③ 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(jī)等總線型設(shè)備在市場上已有供應(yīng)，但總體上價格較高。

2 光纖通訊技術(shù)

　　光纖通訊技術(shù)的特點(diǎn)是：
　　①具有傳輸頻帶寬、速率高的顯著特點(diǎn)，被現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用到工業(yè)自動控制場合。
　　③具有數(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)。
　　④ 交換機(jī)、HUB和光電轉(zhuǎn)換設(shè)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(shè)備之一。

3 　蕭山南片水廠的自控網(wǎng)絡(luò)

　　為克服已建水廠中存在的不足，利用目前先進(jìn)、成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成了南片水廠的自控網(wǎng)絡(luò)。
　　① 采用10/100兆工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)作為主網(wǎng)絡(luò)。
　　② 采用光纖為網(wǎng)絡(luò)通訊媒體并構(gòu)成光纖環(huán)網(wǎng)，使之具有冗余功能。
　　③ 采用全雙工的光交換機(jī)，構(gòu)成全雙工光纖以太環(huán)網(wǎng)。
　　④采用圖像、數(shù)字技術(shù)和視頻服務(wù)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)。
　　⑤ 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(luò)節(jié)點(diǎn)。
　　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(luò)拓?fù)鋱D見圖1。

　　由圖1可見：
　　① 該自控網(wǎng)絡(luò)屬于光纖以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結(jié)合的多層網(wǎng)絡(luò)，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。
　　② 網(wǎng)絡(luò)中的3#PLCV型濾池控制站采用雙機(jī)熱備份自動切換的PLC和冗余型現(xiàn)場總線，構(gòu)成V型濾池自控系統(tǒng)。
　　③ 現(xiàn)場的實(shí)況攝像機(jī)聯(lián)接到視頻服務(wù)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(luò)中實(shí)時傳輸并采用多媒體技術(shù)，由視頻PC機(jī)完成監(jiān)控。
　　④ 網(wǎng)絡(luò)中所有的PLC控制器、PC機(jī)、視頻服務(wù)器、光交換機(jī)和遠(yuǎn)程Modem均遵循TCP/IP協(xié)議。
　　⑤ 通過網(wǎng)絡(luò)中的Modem，自控網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。

4 　結(jié)語

　　① 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(jìn)行數(shù)據(jù)共享等不足。
　　② 在還沒有統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的情況下，采用目前主流的以太網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合PLC的現(xiàn)場總線來建設(shè)水廠自控網(wǎng)絡(luò)是比較先進(jìn)和實(shí)際的。

---

　　E-mail:pwt@public.nt.js.cn
　　收稿日期：2002-01-14