冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)在船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)上的應(yīng)用

摘要：社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更新?lián)Q代。船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)是造船行業(yè)的主要設(shè)備之一，它同樣隨著社會(huì)的進(jìn)步高速發(fā)展。文章介紹了當(dāng)前龍門(mén)起重機(jī)上主要的光纖網(wǎng)絡(luò)通訊形式及其優(yōu)缺點(diǎn)，并闡述了冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)在船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)上安全、穩(wěn)定、可靠、高效應(yīng)用的實(shí)際案例。

關(guān)鍵詞：船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)；環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)；冗余；通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；龍門(mén)吊 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文章編號(hào)：1009-2374（2015）01-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0033

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)際貿(mào)易往來(lái)也越來(lái)越頻繁。貿(mào)易的發(fā)展帶動(dòng)了航運(yùn)業(yè)的迅猛發(fā)展，而航運(yùn)業(yè)的主要載體之一就是船舶。故此各地對(duì)大型化船舶的需求量隨之增大，由此造船業(yè)得到了迅速的發(fā)展。船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)龍門(mén)吊）作為造船行業(yè)的主要設(shè)備之一同樣也隨之高速發(fā)展。龍門(mén)吊作為造船行業(yè)中重要的輔助設(shè)備，它的安全可靠、高效運(yùn)行是所有船廠(chǎng)的期望，因此選用可靠穩(wěn)定的通訊控制系統(tǒng)是龍門(mén)吊設(shè)計(jì)中的重中之重?？萍嫉倪M(jìn)步為工業(yè)工程及設(shè)備制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。在各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及材料技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，龍門(mén)吊通訊技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用也是必然的。

1 龍門(mén)吊當(dāng)前主要通訊形式

龍門(mén)吊由于從站數(shù)量多且分散，站與站之間的通訊距離又都較遠(yuǎn)，純粹的電氣Profibus網(wǎng)絡(luò)受傳輸距離等限制，往往不能滿(mǎn)足實(shí)際使用要求，故現(xiàn)基本采用的都是光電混合通訊網(wǎng)絡(luò)，即各區(qū)域本地設(shè)備之間采用Profibus或DriveCliq通訊，然后通過(guò)光纖利用光電通訊模塊將各區(qū)域之間連接起來(lái)組成一個(gè)完整的通訊網(wǎng)

圖1 總線(xiàn)型光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

圖2 星型光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

絡(luò)。而其中的光纖通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)又有多種形式，較為典型的有以下三種：總線(xiàn)型、星型和環(huán)形。如圖1、圖2、圖3所示：

圖3 環(huán)形光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

2 各種形式光纖通訊網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)

總線(xiàn)型通訊網(wǎng)絡(luò)是指所有從站連接在同一條總線(xiàn)上，各個(gè)從站的等級(jí)都是一樣的，沒(méi)有優(yōu)先級(jí)，沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)控制，總線(xiàn)上數(shù)據(jù)的傳遞是從發(fā)送數(shù)據(jù)的工作站開(kāi)始向總線(xiàn)兩端發(fā)送。每個(gè)工作站在接收數(shù)據(jù)時(shí)首先都需要進(jìn)行地址檢查，看是否與自己的工作站地址相一致，一致的話(huà)則接收網(wǎng)上的數(shù)據(jù)?？偩€(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；所需線(xiàn)路距離短；可擴(kuò)充性好，很方便地增加新站點(diǎn)。但缺點(diǎn)是維護(hù)困難，故障節(jié)點(diǎn)查找較難；傳輸距離有限，可靠性差。

星型通訊網(wǎng)絡(luò)是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)公共的中心節(jié)點(diǎn)，其他所有工作站都與公共中心節(jié)點(diǎn)直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中心節(jié)點(diǎn)為中心，因此又稱(chēng)為集中式網(wǎng)絡(luò)。它具有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于管理；控制簡(jiǎn)單，便于建網(wǎng)；故障診斷和維護(hù)方便。但缺點(diǎn)也是明顯的：可靠性較低，對(duì)中心節(jié)點(diǎn)的依賴(lài)過(guò)高，一旦出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓；資源共享能力也較差。

環(huán)形通訊網(wǎng)絡(luò)是指由各工作站點(diǎn)和連接站點(diǎn)的鏈路組成一個(gè)閉合環(huán)。它的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸快；線(xiàn)路距離短；增加或減少站點(diǎn)時(shí)，僅需簡(jiǎn)單的連接操作。當(dāng)然其缺點(diǎn)也是明顯的：成本高；故障檢測(cè)困難。實(shí)際上環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)的一種特殊形式，將總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的首尾相連就形成了環(huán)網(wǎng)。雖說(shuō)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)也是一種特殊的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，但環(huán)形網(wǎng)絡(luò)很大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式所不具備的，就是冗余，其有效提升了設(shè)備的可靠性。

3 冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)在龍門(mén)起重機(jī)上的應(yīng)用

3.1 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)定義

環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)顧名思義就是由光纖將各遠(yuǎn)程站點(diǎn)之間連接起來(lái)組成的一個(gè)閉合的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是目前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一，它的自愈性功能好，具有生存能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)案例分析

隨著船舶大型化的發(fā)展，船廠(chǎng)大型龍門(mén)吊的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其在造船拼裝搭載過(guò)程中起到越來(lái)越關(guān)鍵的作用，因此各大船企對(duì)于龍門(mén)吊運(yùn)行使用的安全性、可靠性、可維護(hù)性和靈活性的要求也越來(lái)越高。為此對(duì)于龍門(mén)吊電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是非常必要的。光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)作為當(dāng)前的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，它在龍門(mén)吊上的實(shí)際應(yīng)用，大大提升了設(shè)備的安全可靠運(yùn)行能力。以下為我司為熔盛重工制造的1600t造船龍門(mén)吊上實(shí)際應(yīng)用冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的案例。

熔盛重工的1600t龍門(mén)吊作為當(dāng)下世界上最大起吊噸位的造船龍門(mén)起重機(jī)之一，它的安全可靠高效運(yùn)行是至關(guān)重要的。為此在進(jìn)行電氣系統(tǒng)通訊方式設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)遠(yuǎn)程站點(diǎn)選擇了環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)通訊方式。該龍門(mén)起重機(jī)共有39個(gè)遠(yuǎn)程從站，且較多從站離主站距離較遠(yuǎn)，又比較分散。傳統(tǒng)的主干方式的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)無(wú)法有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，中間的任何一條連接線(xiàn)斷掉，都至少會(huì)影響連接中的一個(gè)區(qū)域，這就給網(wǎng)絡(luò)的安全性帶來(lái)隱患，造成設(shè)備故障，影響生產(chǎn)效率。而冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)有效地將各站點(diǎn)連接了起來(lái)，并能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。1600t項(xiàng)目采用冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)線(xiàn)路中有一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題或是有一條光纖斷掉，系統(tǒng)可以利用它的自愈功能自動(dòng)切換到備用線(xiàn)路上，從而使通訊網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因某處連接發(fā)生故障而影響整體網(wǎng)絡(luò)，影響設(shè)備的正常生產(chǎn)作業(yè)。其大致通訊圖如下：

圖4 1600t龍門(mén)吊環(huán)形光纖通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用示意圖

3.3 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)組成

眾所周知，早期的通訊方式遠(yuǎn)程控制設(shè)備與主控制器之間由于傳輸距離遠(yuǎn)、電磁干擾、衰減等原因，常常會(huì)出現(xiàn)通訊中斷等情況。光纖傳輸介質(zhì)的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，而環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)更是革命性的發(fā)展。要組建一個(gè)環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合適的組網(wǎng)設(shè)備。就本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，首先，本龍門(mén)吊項(xiàng)目選用的是62.5/125um的多模光纖；其次，光纜接頭采用的是工業(yè)上常用的ST形式接頭；最后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況及項(xiàng)目預(yù)算，該項(xiàng)目上選用的光電轉(zhuǎn)換模塊是西門(mén)子的OLM/G12光鏈路模塊。該模塊性能穩(wěn)定，傳輸距離長(zhǎng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。從圖4的應(yīng)用示意圖中可以看出，該項(xiàng)目由于存在5個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備區(qū)域，因此總共選用了10個(gè)OLM光電轉(zhuǎn)換模塊將其同主PLC連接起來(lái)。不同區(qū)域的各個(gè)從站通過(guò)Profibus網(wǎng)絡(luò)連接后再經(jīng)由幾個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊的連接，組成了一個(gè)環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)有效地保證了設(shè)備的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，降低了通訊故障的發(fā)生，減少了維修工作量，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，為企業(yè)產(chǎn)生了直接的經(jīng)濟(jì)效益。

4 組建環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的注意點(diǎn)

4.1 光電轉(zhuǎn)換模塊選型

要組建環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)，光電轉(zhuǎn)換模塊的選型非常重要，需要注意以下四點(diǎn)：（1）光電轉(zhuǎn)換模塊一定是要有環(huán)網(wǎng)功能的，普通的光電轉(zhuǎn)換模塊不具備組建環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的功能。另外，環(huán)網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換模塊最起碼需有2個(gè)收發(fā)端口通道，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵的冗余功能；（2）光電轉(zhuǎn)換模塊必須跟光纖類(lèi)型相匹配，因?yàn)楣饫w分單模和多模，如果是單模光纖應(yīng)選用支持單模光纖的模塊，多模光纖應(yīng)選用支持多模光纖的模塊；（3）光電轉(zhuǎn)換模塊分普通型和寬溫型，使用者需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境的要求選用適合的光電轉(zhuǎn)換模塊；（4）光纖接頭形式，光纖接頭形式分為SC、ST、FC等多種。需要根據(jù)所選用光纖接頭形式選購(gòu)對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換模塊。

4.2 從站設(shè)備的位置

對(duì)于環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的組成，還需注意各工作站點(diǎn)的分布位置。如果各工作站是呈一直線(xiàn)布置的，這樣的情況環(huán)網(wǎng)就不合適了，因?yàn)橛幸桓饫w會(huì)特別長(zhǎng)，這樣系統(tǒng)的可靠性就會(huì)大打折扣。因此根據(jù)實(shí)際情況合理選擇網(wǎng)絡(luò)形式及合理配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是很重要的。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)通訊方式應(yīng)運(yùn)而生。冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，能有效保障設(shè)備的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，減少停機(jī)時(shí)間，從而大大提高了生產(chǎn)效率，為提高龍門(mén)起重機(jī)生產(chǎn)性能起到了巨大作用。

作者簡(jiǎn)介：張偉明，男，上海人，上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司工程師。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint

摘要：社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更新?lián)Q代。船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)是造船行業(yè)的主要設(shè)備之一，它同樣隨著社會(huì)的進(jìn)步高速發(fā)展。文章介紹了當(dāng)前龍門(mén)起重機(jī)上主要的光纖網(wǎng)絡(luò)通訊形式及其優(yōu)缺點(diǎn)，并闡述了冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)在船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)上安全、穩(wěn)定、可靠、高效應(yīng)用的實(shí)際案例。

關(guān)鍵詞：船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)；環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)；冗余；通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；龍門(mén)吊 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文章編號(hào)：1009-2374（2015）01-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0033

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)際貿(mào)易往來(lái)也越來(lái)越頻繁。貿(mào)易的發(fā)展帶動(dòng)了航運(yùn)業(yè)的迅猛發(fā)展，而航運(yùn)業(yè)的主要載體之一就是船舶。故此各地對(duì)大型化船舶的需求量隨之增大，由此造船業(yè)得到了迅速的發(fā)展。船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)龍門(mén)吊）作為造船行業(yè)的主要設(shè)備之一同樣也隨之高速發(fā)展。龍門(mén)吊作為造船行業(yè)中重要的輔助設(shè)備，它的安全可靠、高效運(yùn)行是所有船廠(chǎng)的期望，因此選用可靠穩(wěn)定的通訊控制系統(tǒng)是龍門(mén)吊設(shè)計(jì)中的重中之重?？萍嫉倪M(jìn)步為工業(yè)工程及設(shè)備制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。在各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及材料技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，龍門(mén)吊通訊技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用也是必然的。

1 龍門(mén)吊當(dāng)前主要通訊形式

龍門(mén)吊由于從站數(shù)量多且分散，站與站之間的通訊距離又都較遠(yuǎn)，純粹的電氣Profibus網(wǎng)絡(luò)受傳輸距離等限制，往往不能滿(mǎn)足實(shí)際使用要求，故現(xiàn)基本采用的都是光電混合通訊網(wǎng)絡(luò)，即各區(qū)域本地設(shè)備之間采用Profibus或DriveCliq通訊，然后通過(guò)光纖利用光電通訊模塊將各區(qū)域之間連接起來(lái)組成一個(gè)完整的通訊網(wǎng)

圖1 總線(xiàn)型光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

圖2 星型光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

絡(luò)。而其中的光纖通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)又有多種形式，較為典型的有以下三種：總線(xiàn)型、星型和環(huán)形。如圖1、圖2、圖3所示：

圖3 環(huán)形光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

2 各種形式光纖通訊網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)

總線(xiàn)型通訊網(wǎng)絡(luò)是指所有從站連接在同一條總線(xiàn)上，各個(gè)從站的等級(jí)都是一樣的，沒(méi)有優(yōu)先級(jí)，沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)控制，總線(xiàn)上數(shù)據(jù)的傳遞是從發(fā)送數(shù)據(jù)的工作站開(kāi)始向總線(xiàn)兩端發(fā)送。每個(gè)工作站在接收數(shù)據(jù)時(shí)首先都需要進(jìn)行地址檢查，看是否與自己的工作站地址相一致，一致的話(huà)則接收網(wǎng)上的數(shù)據(jù)?？偩€(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；所需線(xiàn)路距離短；可擴(kuò)充性好，很方便地增加新站點(diǎn)。但缺點(diǎn)是維護(hù)困難，故障節(jié)點(diǎn)查找較難；傳輸距離有限，可靠性差。

星型通訊網(wǎng)絡(luò)是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)公共的中心節(jié)點(diǎn)，其他所有工作站都與公共中心節(jié)點(diǎn)直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中心節(jié)點(diǎn)為中心，因此又稱(chēng)為集中式網(wǎng)絡(luò)。它具有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于管理；控制簡(jiǎn)單，便于建網(wǎng)；故障診斷和維護(hù)方便。但缺點(diǎn)也是明顯的：可靠性較低，對(duì)中心節(jié)點(diǎn)的依賴(lài)過(guò)高，一旦出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓；資源共享能力也較差。

環(huán)形通訊網(wǎng)絡(luò)是指由各工作站點(diǎn)和連接站點(diǎn)的鏈路組成一個(gè)閉合環(huán)。它的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸快；線(xiàn)路距離短；增加或減少站點(diǎn)時(shí)，僅需簡(jiǎn)單的連接操作。當(dāng)然其缺點(diǎn)也是明顯的：成本高；故障檢測(cè)困難。實(shí)際上環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)的一種特殊形式，將總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的首尾相連就形成了環(huán)網(wǎng)。雖說(shuō)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)也是一種特殊的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，但環(huán)形網(wǎng)絡(luò)很大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式所不具備的，就是冗余，其有效提升了設(shè)備的可靠性。

3 冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)在龍門(mén)起重機(jī)上的應(yīng)用

3.1 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)定義

環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)顧名思義就是由光纖將各遠(yuǎn)程站點(diǎn)之間連接起來(lái)組成的一個(gè)閉合的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是目前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一，它的自愈性功能好，具有生存能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)案例分析

隨著船舶大型化的發(fā)展，船廠(chǎng)大型龍門(mén)吊的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其在造船拼裝搭載過(guò)程中起到越來(lái)越關(guān)鍵的作用，因此各大船企對(duì)于龍門(mén)吊運(yùn)行使用的安全性、可靠性、可維護(hù)性和靈活性的要求也越來(lái)越高。為此對(duì)于龍門(mén)吊電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是非常必要的。光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)作為當(dāng)前的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，它在龍門(mén)吊上的實(shí)際應(yīng)用，大大提升了設(shè)備的安全可靠運(yùn)行能力。以下為我司為熔盛重工制造的1600t造船龍門(mén)吊上實(shí)際應(yīng)用冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的案例。

熔盛重工的1600t龍門(mén)吊作為當(dāng)下世界上最大起吊噸位的造船龍門(mén)起重機(jī)之一，它的安全可靠高效運(yùn)行是至關(guān)重要的。為此在進(jìn)行電氣系統(tǒng)通訊方式設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)遠(yuǎn)程站點(diǎn)選擇了環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)通訊方式。該龍門(mén)起重機(jī)共有39個(gè)遠(yuǎn)程從站，且較多從站離主站距離較遠(yuǎn)，又比較分散。傳統(tǒng)的主干方式的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)無(wú)法有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，中間的任何一條連接線(xiàn)斷掉，都至少會(huì)影響連接中的一個(gè)區(qū)域，這就給網(wǎng)絡(luò)的安全性帶來(lái)隱患，造成設(shè)備故障，影響生產(chǎn)效率。而冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)有效地將各站點(diǎn)連接了起來(lái)，并能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。1600t項(xiàng)目采用冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)線(xiàn)路中有一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題或是有一條光纖斷掉，系統(tǒng)可以利用它的自愈功能自動(dòng)切換到備用線(xiàn)路上，從而使通訊網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因某處連接發(fā)生故障而影響整體網(wǎng)絡(luò)，影響設(shè)備的正常生產(chǎn)作業(yè)。其大致通訊圖如下：

圖4 1600t龍門(mén)吊環(huán)形光纖通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用示意圖

3.3 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)組成

眾所周知，早期的通訊方式遠(yuǎn)程控制設(shè)備與主控制器之間由于傳輸距離遠(yuǎn)、電磁干擾、衰減等原因，常常會(huì)出現(xiàn)通訊中斷等情況。光纖傳輸介質(zhì)的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，而環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)更是革命性的發(fā)展。要組建一個(gè)環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合適的組網(wǎng)設(shè)備。就本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，首先，本龍門(mén)吊項(xiàng)目選用的是62.5/125um的多模光纖；其次，光纜接頭采用的是工業(yè)上常用的ST形式接頭；最后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況及項(xiàng)目預(yù)算，該項(xiàng)目上選用的光電轉(zhuǎn)換模塊是西門(mén)子的OLM/G12光鏈路模塊。該模塊性能穩(wěn)定，傳輸距離長(zhǎng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。從圖4的應(yīng)用示意圖中可以看出，該項(xiàng)目由于存在5個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備區(qū)域，因此總共選用了10個(gè)OLM光電轉(zhuǎn)換模塊將其同主PLC連接起來(lái)。不同區(qū)域的各個(gè)從站通過(guò)Profibus網(wǎng)絡(luò)連接后再經(jīng)由幾個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊的連接，組成了一個(gè)環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)有效地保證了設(shè)備的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，降低了通訊故障的發(fā)生，減少了維修工作量，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，為企業(yè)產(chǎn)生了直接的經(jīng)濟(jì)效益。

4 組建環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的注意點(diǎn)

4.1 光電轉(zhuǎn)換模塊選型

要組建環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)，光電轉(zhuǎn)換模塊的選型非常重要，需要注意以下四點(diǎn)：（1）光電轉(zhuǎn)換模塊一定是要有環(huán)網(wǎng)功能的，普通的光電轉(zhuǎn)換模塊不具備組建環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的功能。另外，環(huán)網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換模塊最起碼需有2個(gè)收發(fā)端口通道，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵的冗余功能；（2）光電轉(zhuǎn)換模塊必須跟光纖類(lèi)型相匹配，因?yàn)楣饫w分單模和多模，如果是單模光纖應(yīng)選用支持單模光纖的模塊，多模光纖應(yīng)選用支持多模光纖的模塊；（3）光電轉(zhuǎn)換模塊分普通型和寬溫型，使用者需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境的要求選用適合的光電轉(zhuǎn)換模塊；（4）光纖接頭形式，光纖接頭形式分為SC、ST、FC等多種。需要根據(jù)所選用光纖接頭形式選購(gòu)對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換模塊。

4.2 從站設(shè)備的位置

對(duì)于環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的組成，還需注意各工作站點(diǎn)的分布位置。如果各工作站是呈一直線(xiàn)布置的，這樣的情況環(huán)網(wǎng)就不合適了，因?yàn)橛幸桓饫w會(huì)特別長(zhǎng)，這樣系統(tǒng)的可靠性就會(huì)大打折扣。因此根據(jù)實(shí)際情況合理選擇網(wǎng)絡(luò)形式及合理配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是很重要的。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)通訊方式應(yīng)運(yùn)而生。冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，能有效保障設(shè)備的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，減少停機(jī)時(shí)間，從而大大提高了生產(chǎn)效率，為提高龍門(mén)起重機(jī)生產(chǎn)性能起到了巨大作用。

作者簡(jiǎn)介：張偉明，男，上海人，上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司工程師。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint

摘要：社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更新?lián)Q代。船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)是造船行業(yè)的主要設(shè)備之一，它同樣隨著社會(huì)的進(jìn)步高速發(fā)展。文章介紹了當(dāng)前龍門(mén)起重機(jī)上主要的光纖網(wǎng)絡(luò)通訊形式及其優(yōu)缺點(diǎn)，并闡述了冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)在船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)上安全、穩(wěn)定、可靠、高效應(yīng)用的實(shí)際案例。

關(guān)鍵詞：船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)；環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)；冗余；通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；龍門(mén)吊 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文章編號(hào)：1009-2374（2015）01-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0033

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)際貿(mào)易往來(lái)也越來(lái)越頻繁。貿(mào)易的發(fā)展帶動(dòng)了航運(yùn)業(yè)的迅猛發(fā)展，而航運(yùn)業(yè)的主要載體之一就是船舶。故此各地對(duì)大型化船舶的需求量隨之增大，由此造船業(yè)得到了迅速的發(fā)展。船廠(chǎng)龍門(mén)起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)龍門(mén)吊）作為造船行業(yè)的主要設(shè)備之一同樣也隨之高速發(fā)展。龍門(mén)吊作為造船行業(yè)中重要的輔助設(shè)備，它的安全可靠、高效運(yùn)行是所有船廠(chǎng)的期望，因此選用可靠穩(wěn)定的通訊控制系統(tǒng)是龍門(mén)吊設(shè)計(jì)中的重中之重。科技的進(jìn)步為工業(yè)工程及設(shè)備制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。在各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及材料技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，龍門(mén)吊通訊技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用也是必然的。

1 龍門(mén)吊當(dāng)前主要通訊形式

龍門(mén)吊由于從站數(shù)量多且分散，站與站之間的通訊距離又都較遠(yuǎn)，純粹的電氣Profibus網(wǎng)絡(luò)受傳輸距離等限制，往往不能滿(mǎn)足實(shí)際使用要求，故現(xiàn)基本采用的都是光電混合通訊網(wǎng)絡(luò)，即各區(qū)域本地設(shè)備之間采用Profibus或DriveCliq通訊，然后通過(guò)光纖利用光電通訊模塊將各區(qū)域之間連接起來(lái)組成一個(gè)完整的通訊網(wǎng)

圖1 總線(xiàn)型光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

圖2 星型光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

絡(luò)。而其中的光纖通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)又有多種形式，較為典型的有以下三種：總線(xiàn)型、星型和環(huán)形。如圖1、圖2、圖3所示：

圖3 環(huán)形光纖通訊網(wǎng)絡(luò)

2 各種形式光纖通訊網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)

總線(xiàn)型通訊網(wǎng)絡(luò)是指所有從站連接在同一條總線(xiàn)上，各個(gè)從站的等級(jí)都是一樣的，沒(méi)有優(yōu)先級(jí)，沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)控制，總線(xiàn)上數(shù)據(jù)的傳遞是從發(fā)送數(shù)據(jù)的工作站開(kāi)始向總線(xiàn)兩端發(fā)送。每個(gè)工作站在接收數(shù)據(jù)時(shí)首先都需要進(jìn)行地址檢查，看是否與自己的工作站地址相一致，一致的話(huà)則接收網(wǎng)上的數(shù)據(jù)?？偩€(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；所需線(xiàn)路距離短；可擴(kuò)充性好，很方便地增加新站點(diǎn)。但缺點(diǎn)是維護(hù)困難，故障節(jié)點(diǎn)查找較難；傳輸距離有限，可靠性差。

星型通訊網(wǎng)絡(luò)是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)公共的中心節(jié)點(diǎn)，其他所有工作站都與公共中心節(jié)點(diǎn)直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中心節(jié)點(diǎn)為中心，因此又稱(chēng)為集中式網(wǎng)絡(luò)。它具有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于管理；控制簡(jiǎn)單，便于建網(wǎng)；故障診斷和維護(hù)方便。但缺點(diǎn)也是明顯的：可靠性較低，對(duì)中心節(jié)點(diǎn)的依賴(lài)過(guò)高，一旦出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓；資源共享能力也較差。

環(huán)形通訊網(wǎng)絡(luò)是指由各工作站點(diǎn)和連接站點(diǎn)的鏈路組成一個(gè)閉合環(huán)。它的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸快；線(xiàn)路距離短；增加或減少站點(diǎn)時(shí)，僅需簡(jiǎn)單的連接操作。當(dāng)然其缺點(diǎn)也是明顯的：成本高；故障檢測(cè)困難。實(shí)際上環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)的一種特殊形式，將總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的首尾相連就形成了環(huán)網(wǎng)。雖說(shuō)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)也是一種特殊的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，但環(huán)形網(wǎng)絡(luò)很大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式所不具備的，就是冗余，其有效提升了設(shè)備的可靠性。

3 冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)在龍門(mén)起重機(jī)上的應(yīng)用

3.1 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)定義

環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)顧名思義就是由光纖將各遠(yuǎn)程站點(diǎn)之間連接起來(lái)組成的一個(gè)閉合的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是目前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一，它的自愈性功能好，具有生存能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)案例分析

隨著船舶大型化的發(fā)展，船廠(chǎng)大型龍門(mén)吊的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其在造船拼裝搭載過(guò)程中起到越來(lái)越關(guān)鍵的作用，因此各大船企對(duì)于龍門(mén)吊運(yùn)行使用的安全性、可靠性、可維護(hù)性和靈活性的要求也越來(lái)越高。為此對(duì)于龍門(mén)吊電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是非常必要的。光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)作為當(dāng)前的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，它在龍門(mén)吊上的實(shí)際應(yīng)用，大大提升了設(shè)備的安全可靠運(yùn)行能力。以下為我司為熔盛重工制造的1600t造船龍門(mén)吊上實(shí)際應(yīng)用冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的案例。

熔盛重工的1600t龍門(mén)吊作為當(dāng)下世界上最大起吊噸位的造船龍門(mén)起重機(jī)之一，它的安全可靠高效運(yùn)行是至關(guān)重要的。為此在進(jìn)行電氣系統(tǒng)通訊方式設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)遠(yuǎn)程站點(diǎn)選擇了環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)通訊方式。該龍門(mén)起重機(jī)共有39個(gè)遠(yuǎn)程從站，且較多從站離主站距離較遠(yuǎn)，又比較分散。傳統(tǒng)的主干方式的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)無(wú)法有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，中間的任何一條連接線(xiàn)斷掉，都至少會(huì)影響連接中的一個(gè)區(qū)域，這就給網(wǎng)絡(luò)的安全性帶來(lái)隱患，造成設(shè)備故障，影響生產(chǎn)效率。而冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)有效地將各站點(diǎn)連接了起來(lái)，并能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。1600t項(xiàng)目采用冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)線(xiàn)路中有一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題或是有一條光纖斷掉，系統(tǒng)可以利用它的自愈功能自動(dòng)切換到備用線(xiàn)路上，從而使通訊網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因某處連接發(fā)生故障而影響整體網(wǎng)絡(luò)，影響設(shè)備的正常生產(chǎn)作業(yè)。其大致通訊圖如下：

圖4 1600t龍門(mén)吊環(huán)形光纖通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用示意圖

3.3 環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)組成

眾所周知，早期的通訊方式遠(yuǎn)程控制設(shè)備與主控制器之間由于傳輸距離遠(yuǎn)、電磁干擾、衰減等原因，常常會(huì)出現(xiàn)通訊中斷等情況。光纖傳輸介質(zhì)的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，而環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)更是革命性的發(fā)展。要組建一個(gè)環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合適的組網(wǎng)設(shè)備。就本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，首先，本龍門(mén)吊項(xiàng)目選用的是62.5/125um的多模光纖；其次，光纜接頭采用的是工業(yè)上常用的ST形式接頭；最后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況及項(xiàng)目預(yù)算，該項(xiàng)目上選用的光電轉(zhuǎn)換模塊是西門(mén)子的OLM/G12光鏈路模塊。該模塊性能穩(wěn)定，傳輸距離長(zhǎng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。從圖4的應(yīng)用示意圖中可以看出，該項(xiàng)目由于存在5個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備區(qū)域，因此總共選用了10個(gè)OLM光電轉(zhuǎn)換模塊將其同主PLC連接起來(lái)。不同區(qū)域的各個(gè)從站通過(guò)Profibus網(wǎng)絡(luò)連接后再經(jīng)由幾個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊的連接，組成了一個(gè)環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)有效地保證了設(shè)備的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，降低了通訊故障的發(fā)生，減少了維修工作量，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，為企業(yè)產(chǎn)生了直接的經(jīng)濟(jì)效益。

4 組建環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的注意點(diǎn)

4.1 光電轉(zhuǎn)換模塊選型

要組建環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)，光電轉(zhuǎn)換模塊的選型非常重要，需要注意以下四點(diǎn)：（1）光電轉(zhuǎn)換模塊一定是要有環(huán)網(wǎng)功能的，普通的光電轉(zhuǎn)換模塊不具備組建環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的功能。另外，環(huán)網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換模塊最起碼需有2個(gè)收發(fā)端口通道，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵的冗余功能；（2）光電轉(zhuǎn)換模塊必須跟光纖類(lèi)型相匹配，因?yàn)楣饫w分單模和多模，如果是單模光纖應(yīng)選用支持單模光纖的模塊，多模光纖應(yīng)選用支持多模光纖的模塊；（3）光電轉(zhuǎn)換模塊分普通型和寬溫型，使用者需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境的要求選用適合的光電轉(zhuǎn)換模塊；（4）光纖接頭形式，光纖接頭形式分為SC、ST、FC等多種。需要根據(jù)所選用光纖接頭形式選購(gòu)對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換模塊。

4.2 從站設(shè)備的位置

對(duì)于環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的組成，還需注意各工作站點(diǎn)的分布位置。如果各工作站是呈一直線(xiàn)布置的，這樣的情況環(huán)網(wǎng)就不合適了，因?yàn)橛幸桓饫w會(huì)特別長(zhǎng)，這樣系統(tǒng)的可靠性就會(huì)大打折扣。因此根據(jù)實(shí)際情況合理選擇網(wǎng)絡(luò)形式及合理配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是很重要的。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)通訊方式應(yīng)運(yùn)而生。冗余環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，能有效保障設(shè)備的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，減少停機(jī)時(shí)間，從而大大提高了生產(chǎn)效率，為提高龍門(mén)起重機(jī)生產(chǎn)性能起到了巨大作用。

作者簡(jiǎn)介：張偉明，男，上海人，上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司工程師。

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