網(wǎng)絡(luò)通訊和光纖傳輸在化工礦山的應(yīng)用

楊開營(yíng) 郭燕寧

摘要：介紹網(wǎng)絡(luò)通訊和光纖傳輸技術(shù)在晉寧磷礦的應(yīng)用、安裝調(diào)試及注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)通訊 光纖傳輸 光端機(jī)

中圖分類號(hào)：G250文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1 前言

目前,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已深入各行各業(yè),而計(jì)算機(jī)之間的信息交換)))網(wǎng)絡(luò)通訊也已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電信、金融等領(lǐng)域。光纖傳輸,由于其傳輸容量大、損耗小,已經(jīng)引起越來(lái)越多的人們重視。隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高,網(wǎng)絡(luò)通訊和光纖傳輸這一新技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用也得到發(fā)展。在早期的云南磷化學(xué)工業(yè)(集團(tuán))公司晉寧磷礦擴(kuò)建工程PLC控制系統(tǒng)即是這一技術(shù)在我國(guó)化工礦山的一次較成功的實(shí)踐和應(yīng)用。

2 系統(tǒng)概述

此地地處高原山區(qū),采場(chǎng)破碎站與磷礦擦洗廠相距13km之多,中間主要由5條長(zhǎng)距離高強(qiáng)度膠帶輸送機(jī)首尾相接,連成一體。6個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站沿線排列,相互距離遠(yuǎn),控制范圍大,現(xiàn)場(chǎng)各種干擾源較多。采用常規(guī)電氣控制等手段難以滿足生產(chǎn)工藝對(duì)系統(tǒng)控制的要求。工程設(shè)計(jì)采用美國(guó)MODICON公司的984系列PLC和MODBUSPLUS(又稱MB+)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)通訊的傳輸介質(zhì)為光纖電纜。系統(tǒng)主要由7臺(tái)PLC,9套光端機(jī)及14km光纖電纜組成。上位系統(tǒng)有1臺(tái)FM+工業(yè)計(jì)算機(jī),4臺(tái)PM視頻終端和1臺(tái)大屏幕投影。系統(tǒng)設(shè)有中央控制室,位于端部的擦洗廠內(nèi)。7臺(tái)PLC分別設(shè)在中控室和6個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi),直接控制各工藝設(shè)備。FM+監(jiān)控機(jī)及其中3臺(tái)PM視頻終端設(shè)在中控室,用于監(jiān)視全礦工藝流程和生產(chǎn)過程,構(gòu)成上位監(jiān)控管理系統(tǒng)。另一臺(tái)PM視頻終端設(shè)在遠(yuǎn)離中控室的1號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi),用作遠(yuǎn)程操作站。

3 MB+網(wǎng)絡(luò)

MB+網(wǎng)絡(luò)是一種使用成熟、可靠性高的先進(jìn)的工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。采用令牌傳遞方式,允許網(wǎng)上計(jì)算機(jī)、PLC和其它數(shù)據(jù)源以對(duì)等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,即網(wǎng)上所有各節(jié)點(diǎn)都可以通過獲得令牌(TOKEN)與所選的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換,其網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)先進(jìn),較主從網(wǎng)等其它網(wǎng)絡(luò)通訊方便快捷。MB+網(wǎng)絡(luò)能力較大,可具有32個(gè)節(jié)點(diǎn)。通過中繼器可增至64個(gè)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間不需另加調(diào)制解調(diào)器。通訊速率達(dá)1Mbps。MB+網(wǎng)還可以通過網(wǎng)橋(BRIDGE)將多個(gè)MB+網(wǎng)連在一起,構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)之間通訊。先進(jìn)的CRC循環(huán)冗余數(shù)據(jù)校驗(yàn),使網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性。晉寧磷礦擴(kuò)建工程MB+網(wǎng)初期運(yùn)行共有14個(gè)節(jié)點(diǎn)。

4 光纖傳輸

傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)通訊中發(fā)送端與接收端之間的物理通路,是信號(hào)傳遞的中間媒體,不同的傳輸介質(zhì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性、可容性有很大影響。MB+網(wǎng)絡(luò)允許采用屏蔽雙絞電纜或光纖電纜作為傳輸介質(zhì)。屏蔽雙絞電纜是由多對(duì)絕緣導(dǎo)線絞合、外包屏蔽層的雙絞線電纜。光纖電纜是由兩層折射率不同、能透過光束的纖維材料構(gòu)成。它利用光全反射的原理,傳輸被調(diào)制好的光束信號(hào)。由于光纖電纜傳輸?shù)氖枪庑盘?hào),所以它具有不受電磁干擾和噪聲影響的高抗噪特性,能夠保持較高的數(shù)據(jù)傳輸率、較低傳輸損耗和誤碼率,對(duì)要求較嚴(yán)的工業(yè)實(shí)時(shí)控制更為適合。

5 光電轉(zhuǎn)換

光端機(jī)是光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置。每一裝置都具有發(fā)射端、接受端和與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接的專用接口。在發(fā)射端電信號(hào)對(duì)光束進(jìn)行調(diào)制,在接受端用光電檢波將被調(diào)制的光信號(hào)還原成電信號(hào)。

6 網(wǎng)絡(luò)配置

標(biāo)準(zhǔn)的MB+網(wǎng)絡(luò)支持共32個(gè)節(jié)點(diǎn)、450m距離的對(duì)等通訊。利用光纖電纜傳輸,可以大大減少傳輸損耗,延長(zhǎng)傳輸距離。但網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖畲缶嚯x則主要取決于兩個(gè)光端機(jī)間光纖電纜的正常損耗和接口損耗,其損耗必須小于光端機(jī)的允許損耗值。因此,網(wǎng)絡(luò)配置初步確定后,必須根據(jù)產(chǎn)品提供的技術(shù)數(shù)據(jù)逐段對(duì)光纖電纜和光端機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸損耗校驗(yàn)。

由以上技術(shù)數(shù)據(jù)可計(jì)算得出:44-3110光纖電纜與6E01組合傳輸時(shí)最大距離為：

(17dB-2@1.6dB)/7dB=1.971km;

而與6E02組合傳輸時(shí)最大距離為(23dB-2@1.6dB)/7dB=2.828km;根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置中各PLC節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)位置和光纖電纜使用長(zhǎng)度,采用44-3110光纖電纜傳輸,配用6E01和6E02光端機(jī)模塊各4對(duì),既節(jié)省投資,又滿足系統(tǒng)要求。

7 安裝調(diào)試

7.1 光纜敷設(shè)

網(wǎng)絡(luò)硬件安裝比較容易,主要是一些專用纜線和接口的連接。比較困難的是光纖電纜的敷設(shè)。因?yàn)槊烤砉饫w電纜的整長(zhǎng)都在2km左右,又要求敷設(shè)在距膠帶廊地面2m以上的電纜橋架內(nèi)。橋架隨膠帶廊地面走勢(shì)安裝,凹凸連綿,高低不平。光纖電纜質(zhì)輕易折,為確保不損傷光纖電纜,施工以人力敷設(shè)為主,現(xiàn)場(chǎng)每隔50m左右設(shè)有人員進(jìn)行輔助拉移,并配備無(wú)線對(duì)講機(jī)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。全線共8段、14km長(zhǎng)的光纖電纜順利按期敷設(shè)完成。

7.2 接口連接

光纜尾纖與光端機(jī)接口的連接處理是光纖傳輸很重要一個(gè)環(huán)節(jié)。處理不好,接口自身?yè)p耗很大,將影響系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。光纖電纜外絕緣屏蔽層的剝割、纜內(nèi)纖維尾頭的斷切,都要有專用工具,并嚴(yán)格按照施工工藝步驟及要求進(jìn)行。接口連接完成后,先用專用電光源放大鏡觀察尾纖端面的形狀是否平齊,斷面是否勻整。最后再用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射光源模擬測(cè)試接口自身的傳輸損耗,使其值控制在允許范圍內(nèi)。如不合格,則廢棄,重新剝割斷切,直到合格為止。

7.3 網(wǎng)絡(luò)調(diào)試

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)試可從網(wǎng)絡(luò)相鄰兩接點(diǎn)開始,運(yùn)行MB+網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)測(cè)試軟件,通過FM+監(jiān)視畫面,即可進(jìn)行各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試,直到網(wǎng)上所有各節(jié)點(diǎn)全部打通。網(wǎng)絡(luò)工作時(shí),顯示各運(yùn)行畫面,可及時(shí)獲得網(wǎng)上各接點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。

8 幾點(diǎn)體會(huì)

(1)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是一種先進(jìn)、可靠的技術(shù),不僅擴(kuò)大了控制范圍,而且使工業(yè)控制和企業(yè)管理融為一體。(2)MB+網(wǎng)絡(luò)安裝簡(jiǎn)便,系統(tǒng)靈活,節(jié)點(diǎn)上下網(wǎng)自由,不用中斷正在運(yùn)行的系統(tǒng),就可以隨時(shí)隨地增加或者減少節(jié)點(diǎn)、進(jìn)入或者退出網(wǎng)絡(luò),操作維護(hù)都極為方便。(3)光纖傳輸介質(zhì)較其它媒體具有較明顯的抗噪能力,為確保系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠創(chuàng)造了條件,是一種很有前途的傳輸方式。晉寧磷礦現(xiàn)場(chǎng)周圍有各種電力、電信設(shè)施,產(chǎn)生的各種電磁、射頻干擾源較多,又地處高雷電區(qū),但都尚未影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。(4)接地和屏蔽通常是網(wǎng)絡(luò)安裝調(diào)試的一大難點(diǎn),也是經(jīng)常影響網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的一個(gè)頭疼問題。對(duì)于長(zhǎng)距離的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊則更加困難。但由于光纖傳輸是光信號(hào)的傳輸,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接地和屏蔽相對(duì)簡(jiǎn)單。因而,光纖傳輸克服了其它電纜由于傳輸電信號(hào)而難以解決的接地和屏蔽困難,加快了系統(tǒng)安裝和調(diào)試進(jìn)度。

9 安裝注意

(1)相鄰兩光端機(jī)間的光纜應(yīng)盡可能整長(zhǎng),避免光纜接頭,要按實(shí)際距離的長(zhǎng)短向生產(chǎn)廠家提出光纜整長(zhǎng)定貨要求。(2)光纜長(zhǎng)度在滿足工程要求前提下,應(yīng)盡可能短,過長(zhǎng)不僅增加傳輸損耗,而且光纜放置保護(hù)麻煩。(3)光纜纖維的直接連接宜采用熔接方法,由專業(yè)人員進(jìn)行操作,以盡可能減小纖維接頭的傳輸損耗。(4)使用專用工具,確保施工質(zhì)量,提高安裝效率,減少材料浪費(fèi)。(5)保持工作環(huán)境整潔,減少灰塵對(duì)光纖傳輸設(shè)備工作的影響,防止鼠害等對(duì)光纜和其它設(shè)施的侵害。（6）保證光纖切面的清潔。光纖接續(xù)過程中，應(yīng)該確保每根光纖切面都整齊潔凈。同時(shí)應(yīng)當(dāng)規(guī)范操作程序，保證工作環(huán)境的干凈整潔，特別是切割刀的光纖端面要時(shí)刻保持清潔。在施工前，應(yīng)檢查預(yù)先配置的各種必需品，如賬篷燈、電暖風(fēng)、電風(fēng)扇、發(fā)電機(jī)、作業(yè)臺(tái)，保證接續(xù)工具的清潔，用酒精棉擦拭光纖端面和切刀，不能使端面吸附灰塵和任何雜質(zhì)，將污染引起的吸收損耗和散射損耗降到最低。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過近一年的運(yùn)行檢驗(yàn),效果令人滿意。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定,光纖傳輸可靠。既改善了勞動(dòng)條件,提高了自動(dòng)化水平,也為企業(yè)帶來(lái)了效益。

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作者簡(jiǎn)介

楊開營(yíng)，（1985、1），內(nèi)蒙古呼倫貝爾，技術(shù)員，本科，礦山自動(dòng)化。

郭燕寧，（1987.11），內(nèi)蒙古呼和浩特市，助理政工，大專，礦山黨建、團(tuán)建。