造紙工業(yè)中局域網(wǎng)的運用
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本文作者：袁靜濤、皮小蘭 單位：武漢市第一輕工業(yè)學(xué)校
1局域網(wǎng)
1.1局域網(wǎng)的一般概念及應(yīng)用
局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）是指在某一區(qū)域內(nèi)由多臺計算機互聯(lián)成的計算機組。一般是方圓幾千米以內(nèi)。局域網(wǎng)可以實現(xiàn)文件管理、應(yīng)用軟件共享、打印機共享、工作組內(nèi)的日程安排、電子郵件和傳真通信服務(wù)等功能。局域網(wǎng)是封閉型的，可以由辦公室內(nèi)的兩臺計算機組成，也可以由一個公司內(nèi)的上千臺計算機組成。局域網(wǎng)在地域上范圍較小，在造紙工業(yè)中常見的是小到一個工段、一個車間，大到整廠的全集成自動化系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)中的計算機等設(shè)備要實現(xiàn)互聯(lián)，就需要以一定的結(jié)構(gòu)方式進行連接，這種連接方式就叫做“拓撲結(jié)構(gòu)”，通俗地講這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何連接在一起的。
1.1.1目前常見的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要有以下四大類：
星型結(jié)構(gòu)：星形網(wǎng)通過點到點鏈路接到中央結(jié)點的各站點組成的。通過中心設(shè)備實現(xiàn)許多點到點連接。環(huán)型結(jié)構(gòu)：由連接成封閉回路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點組成的，每一結(jié)點與它左右相鄰的結(jié)點連接。
總線型結(jié)構(gòu)：采用單根傳輸線作為傳輸介質(zhì)，所有的站點都通過相應(yīng)的硬件接口直接連接到傳輸介質(zhì)。
樹型樹型：采用分級的集中控制式網(wǎng)絡(luò)，
由于星形拓撲結(jié)構(gòu)單個連接點的故障只影響一個設(shè)備，不會影響全網(wǎng)，容易檢測和隔離故障,便于維護；任何一個連接只涉及到中央結(jié)點和一個站點，因此控制介質(zhì)訪問的方法很簡單，所以星形拓撲結(jié)構(gòu)在在現(xiàn)代造紙工業(yè)中得到普通應(yīng)用。
1.1.2網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)
網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方與接收方之間的物理通路，它對網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信具有一定的影響。常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖、無線傳輸媒介。雙絞線電纜：將一對以上的雙絞線封裝在一個絕緣外套中，為了降低信號的干擾程度，電纜中的每一對雙絞線一般是由兩根絕緣銅導(dǎo)線相互扭繞而成，也因此把它稱為雙絞線。目前市面上出售的一般為5類和超5類兩種，在傳送信號時超5類雙絞線的衰減更小，抗干擾能力更強，最大傳輸范圍可達500米。因此在造紙行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)組裝中得到運用。
同軸電纜：由一根空心的外圓柱導(dǎo)體和一根位于中心軸線的內(nèi)導(dǎo)線組成，內(nèi)導(dǎo)線和圓柱導(dǎo)體及外界之間用絕緣材料隔開。由于日常維護不方便，一旦一個用戶出故障，便會影響其他用戶的正常工作，現(xiàn)在企業(yè)網(wǎng)路組裝中已很少使用。
光纖：是由一組光導(dǎo)纖維組成的用來傳播光束的、細小而柔韌的傳輸介質(zhì)。光纖的電磁絕緣性能好、信號衰小、頻帶寬、傳輸速度快、傳輸距離大。主要用于要求傳輸距離較長、布線條件特殊的主干網(wǎng)連接。
無線電波無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的射頻頻段的電磁波。無線電技術(shù)是通過無線電波傳播聲音或其他信號的技術(shù)。
2造紙工廠網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成分析
一般來說，一個造紙廠應(yīng)該包括信息管理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)、系統(tǒng)維護及其它三個方面。而在實際造紙過程中，又包括了漿廠、紙廠、堿回收、電力四個子系統(tǒng)（圖1-1）。當(dāng)計算機剛應(yīng)用于工業(yè)及其管理時,信息管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間是相對獨立的,而控制系統(tǒng)之間也是相互獨立的,這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)僅能解決局部控制問題,而不能實現(xiàn)大系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。為了實現(xiàn)控制協(xié)調(diào),相關(guān)的控制系統(tǒng)之間應(yīng)有數(shù)據(jù)的交流,如:漿廠的控制后段與紙廠的質(zhì)量控制系統(tǒng)是緊密地聯(lián)系在一起的,這就要求這兩個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)是動態(tài)快捷的相互流動,以實現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量控制在最穩(wěn)定的狀態(tài)。由于計算機技術(shù)的發(fā)展限制及通訊協(xié)議的多重性,解決數(shù)據(jù)流動的方法是采用通訊“接口”,這種對策解決了局部數(shù)據(jù)的流動問題?？梢苑治龀?數(shù)據(jù)流的流動均通過“接口”,這就要求“接口”具有強大的數(shù)據(jù)收發(fā)能力及龐大的數(shù)據(jù)承載空間能力,以達到數(shù)據(jù)的“及時到位”控制地點。
而事實上由于軟、硬件的限制,“接口”只能處理少量數(shù)據(jù)的接發(fā)。大量工作都需要數(shù)據(jù)服務(wù)器來完成。而服務(wù)器要完成數(shù)據(jù)處理，必須保證網(wǎng)路的通暢。在實際運用過程中，拓撲結(jié)構(gòu)我們通常采用星型網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時候能夠保障其它系統(tǒng)正常運行。
眾所周知,對于制漿及造紙過程的控制來說,數(shù)據(jù)的實時通迅是控制系統(tǒng)的又一要求,所謂實時控制網(wǎng)就是為此目的而開發(fā)的,它的主要特點是:實時、通迅速度高(可達100Mb/s)、系統(tǒng)可靠性好、易擴展以及普理維修快捷。在實時運用過程中，我們?yōu)榱斯芾矸奖憧旖?，我們把漿廠自控系統(tǒng)、紙廠自控系統(tǒng)、堿回收系統(tǒng)組合成為實時控制系統(tǒng)。
由于過程控制系統(tǒng)又是受工廠管理系統(tǒng)的影響,來實現(xiàn)生產(chǎn)的計劃管理以形成工廠的大系統(tǒng)運行。工廠管理網(wǎng)絡(luò)的特點是:非實時、量大以及用戶多?？刂凭W(wǎng)絡(luò)與廠管理網(wǎng)絡(luò)混在一個網(wǎng)絡(luò)線上,這樣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單,花費小。但會影響實時控制信息的傳輸質(zhì)量。試想:當(dāng)工廠的管理人員向財務(wù)部門調(diào)用財務(wù)報告時,自控操作員也發(fā)出了某個目標的控制命令,而此時財務(wù)的數(shù)據(jù)正在網(wǎng)上傳送,這樣,操作員命令就有可能被延誤。為了解決這個問題,將控制系統(tǒng)的優(yōu)先權(quán)提高就會影響管理數(shù)據(jù)的傳送。如果將控制網(wǎng)絡(luò)與廠管理網(wǎng)絡(luò)分成兩個網(wǎng)絡(luò),那么,這兩個網(wǎng)絡(luò)之間又如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換呢?在實時運用過程中，我們?yōu)榱斯芾矸奖憧旖?，我們把信息管理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)、系統(tǒng)維護組合成為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)更好控制和管理，我們需要將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和實時控制系統(tǒng)實現(xiàn)組合，這時，我們便可以采用性能高的千兆交換機來實現(xiàn)。而大量數(shù)據(jù)處理則交給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器來實現(xiàn)（如圖1-2）。在工廠管理網(wǎng)絡(luò)中,使用一定的公共協(xié)議如:TCP/IP,而在數(shù)據(jù)服務(wù)器中運行開放的數(shù)據(jù)庫:OR-ACLE,這樣通過數(shù)據(jù)服務(wù)器對實時控制信號的訪問(如需要可將數(shù)據(jù)進行一定模式的過濾),而管理網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點只需通過一定的軟件聯(lián)接方式如:SQL,就可通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫,將數(shù)據(jù)讀入并可用其他軟件處理,如:PC機的數(shù)據(jù)庫可以是ACESS。
3工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)搭建簡要介紹
3.1主干網(wǎng)
主干網(wǎng)主干網(wǎng)為一光纖環(huán)形網(wǎng)，通訊速率100Mbps以上。保證主干網(wǎng)的通訊速率在大型網(wǎng)絡(luò)中顯得尤為重要。環(huán)網(wǎng)由若干個網(wǎng)段首尾相連而成。中間節(jié)點為光纖交換模塊OSM。OSM是保證網(wǎng)絡(luò)通訊速率達到100Mbps以上的關(guān)鍵部件，它能保證網(wǎng)絡(luò)工作在交換式雙式模式下。
網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后的高速重配置時間對工業(yè)應(yīng)用是至關(guān)重要的，否則網(wǎng)絡(luò)上連接的設(shè)備（終端或子網(wǎng)）會將通信連接清除。這可能引起工廠生產(chǎn)過程的失控或緊急停車而造成重大損失。因此要求通訊控制過程要相當(dāng)可靠，至少在發(fā)生故障（電纜斷線或交換模塊失效）后零點幾秒內(nèi)網(wǎng)絡(luò)能夠重新配置（通訊再恢復(fù)）。
主干網(wǎng)還可以根據(jù)工程實際情況采用星型網(wǎng)絡(luò)。另外，將光纖交換模塊OSM更換成電氣交換模塊ESM，將光纖改換成超5類雙絞線。一般來講，使用多模玻璃光纖（62.5/125UM）和光纖交換模塊OSM來構(gòu)筑環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)上的OSM$數(shù)量不超過50個，每個網(wǎng)段最大傳輸距離不超過3000米，因此網(wǎng)絡(luò)最大覆蓋范圍一般能達150000米.使用單模玻璃光纖（10/125UM）和光纖交換模塊OSM來構(gòu)筑環(huán)網(wǎng)，每個網(wǎng)段最大傳輸距離不超過26KM，因此理論計算機網(wǎng)絡(luò)最大覆蓋范圍一般能達26*50=1300KM。
因此，僅使用電氣器件和介質(zhì)，就能很容易地構(gòu)筑一個中型廠集成自動化系統(tǒng)。由于實際的工程項目有大有小，考慮到系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)量和傳輸量的繁重與否，環(huán)形網(wǎng)可以采用1個或2個乃至多個服務(wù)器。當(dāng)然，在構(gòu)筑簡單的小規(guī)模系統(tǒng)時，也可以不采用服務(wù)器.
3.2網(wǎng)絡(luò)擴展
在主干網(wǎng)上的交換模塊一般具有4個甚至6個分支連接端口，每個端口均可通過雙絞線連接若干個操作員站OS或工程師站（ES），也可通過光纜或雙絞線與子網(wǎng)相連。
4小結(jié)
現(xiàn)代化的工廠特別是制漿及造紙廠,使用網(wǎng)絡(luò)管理及控制是至關(guān)重要的,而選擇正確的網(wǎng)絡(luò)形式是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。根據(jù)本文的分析可得出:將管理網(wǎng)絡(luò)與實時控制網(wǎng)絡(luò)分開并使用數(shù)據(jù)服務(wù)器將其有機的聯(lián)系在一起,這樣,既能實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)自由流動,又使它們工作在最高效率狀態(tài)。選擇好的網(wǎng)絡(luò)管理將給本廠生產(chǎn)效率的提高和現(xiàn)代化建設(shè)帶來極大作用。