工廠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)合一技術(shù)在克拉瑪依項目上的應(yīng)用

張 帆，杜 潔，吳 振，王 釗，王 挺

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

1 項目背景

應(yīng)用了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)合一技術(shù)的克拉瑪依石油化工工業(yè)園區(qū)廢水處理工程是克拉瑪依市的重點(diǎn)環(huán)保工程項目，其任務(wù)為收集該工業(yè)園區(qū)的廢水并進(jìn)行處理，使出水水質(zhì)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過激烈競爭，該廢水處理工程的自控儀表系統(tǒng)項目由自控中心中標(biāo)，簽訂了本項目合同，合同額為2100萬元。在克拉瑪依石油化工工業(yè)園區(qū)廢水處理工程中，我們承擔(dān)的任務(wù)為：自控、儀表、計算機(jī)管理及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、現(xiàn)場投運(yùn)、培訓(xùn)用戶等。

2 項目及方案簡介

克拉瑪依石油化工工業(yè)園區(qū)廢水處理工程的廢水日處理能力為5萬噸，廢水處理采用A/A/O除磷脫氧工藝，污泥處理采用機(jī)械濃縮脫水工藝，主要處理工段包括：機(jī)械處理段、生物處理段、污泥脫水處理段、回用水處理段。

我們設(shè)計和提供了一套由計算機(jī)、現(xiàn)場儀表、PLC、以太光纖環(huán)網(wǎng)、Profibus-DP/Modbus現(xiàn)場總線及工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成的多級、開放、模塊化、實時多任務(wù)的集散型可擴(kuò)展的的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)的完整解決方案。根據(jù)本工程控制點(diǎn)和監(jiān)視點(diǎn)量大且分散分布在工業(yè)園區(qū)幾公里范圍內(nèi)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計采用了新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過高速工業(yè)以太光纖環(huán)網(wǎng)將控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)視頻網(wǎng)絡(luò)與工廠計算機(jī)綜合網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)合一，具有結(jié)構(gòu)簡單造價低、安裝調(diào)試周期短、通訊速度快、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

3 項目的技術(shù)難度水平和技術(shù)特點(diǎn)

3.1 項目所遇技術(shù)問題

在克拉瑪依石油化工工業(yè)園區(qū)廢水處理工程中遇到如下問題：

1）如何解決帶以太網(wǎng)口的現(xiàn)場站PLC和帶PROFIBUS總線的現(xiàn)場設(shè)備之間的通訊問題？

2）如何解決變電所計算機(jī)和三個變電所帶MODUBUS接口的高、低壓設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離通訊問題？

3）如何滿足長距離傳輸時，主干控制網(wǎng)絡(luò)對于傳輸速率的要求？

4）如何實現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中控室計算機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的視頻管理？

5）如何確保三網(wǎng)合一后控制系統(tǒng)通訊速率在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大時不受影響？

3.2 項目解決措施

根據(jù)技術(shù)上面問題，我們做出如下解決措施：

1）通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備將現(xiàn)場設(shè)備的PROFIBUS總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場站PLC可以識別的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，從而解決現(xiàn)場站PLC和帶PROFIBUS總線的現(xiàn)場設(shè)備 之間的通訊問題。這種PLC聯(lián)接現(xiàn)場總線的方式可以使PLC選型配置更加靈活，成本會大大降低。

2）通過通訊管理機(jī)、光纖收發(fā)器、熔纖盒以及光纖完成將變電所高低壓設(shè)備的MODUBUS信號轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)信號并遠(yuǎn)距離傳輸給變電所計算機(jī)的功能。

3）在園區(qū)內(nèi)采用千兆光纖環(huán)網(wǎng)，以滿足長距離傳輸時，控制網(wǎng)絡(luò)對于傳輸速率的要求。同時還能防止可能由園區(qū)內(nèi)電力電纜產(chǎn)生的電磁干擾。

4）通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器將現(xiàn)場視頻圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并經(jīng)以太網(wǎng)傳送至中控室。將視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，不但能方便的通過以太網(wǎng)傳輸，還能在網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點(diǎn)上接入電腦查看實時視頻圖像，極大的方便了調(diào)試維護(hù)。

5）為確保三網(wǎng)合一后控制系統(tǒng)通訊速率在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大時不受影響，在主干網(wǎng)的交換機(jī)為控制系統(tǒng)通訊劃分專門的帶寬，保證控制主干網(wǎng)的通訊速率在百兆以上，網(wǎng)絡(luò)通訊性能優(yōu)于常規(guī)的百兆工業(yè)以太網(wǎng)。

4 結(jié)論

大型自控儀表系統(tǒng)新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在工程項目中的應(yīng)用，可以在降低系統(tǒng)造價的同時，提高項目實施的效率和質(zhì)量。以克拉瑪依石油化工工業(yè)園區(qū)廢水處理工程自控儀表系統(tǒng)項目為例，節(jié)約項目建設(shè)投資約60萬元。由于采用新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案，使我所的項目投標(biāo)報價具有競爭力，從而能夠中標(biāo)，得到2100萬元的合同。自控中心掌握新型網(wǎng)絡(luò)方案的結(jié)構(gòu)并在工程中應(yīng)用，可以在進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計時有更多選擇，保持我所在行業(yè)中的技術(shù)領(lǐng)先地位，提高市場競爭力，從而贏得更多的合同。