煙草制絲線工業(yè)控制主干網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化及設(shè)計(jì)建議

張東岳

摘 要：本文旨在以煙草行業(yè)制絲線工業(yè)控制主干網(wǎng)絡(luò)為例，從網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化選型、通訊數(shù)據(jù)流量控制、VLAN通道劃分等三方面探討了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以優(yōu)化的些許措施，以便為今后大型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與搭建提供參考。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;經(jīng)濟(jì)價(jià)值;選型;流量控制;VLAN;措施

一、網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化選型

根據(jù)煙草制絲線各工藝段工業(yè)控制系統(tǒng)的配置要求，為滿足控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊性能，煙草制絲生產(chǎn)線主干控制網(wǎng)絡(luò)采用具有三層網(wǎng)絡(luò)路由功能和管理功能的高性能工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和單模、多模光纖介質(zhì)構(gòu)成冗余環(huán)型結(jié)構(gòu)，各生產(chǎn)線所屬交換機(jī)環(huán)網(wǎng)接口采用千兆光口，良好實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)通訊。

制絲生產(chǎn)線主干控制網(wǎng)交換機(jī)選用西門子最新推出的XM416-4C模塊化管理型交換機(jī)，可根據(jù)用戶需求最大程度上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和調(diào)整，交換機(jī)之間通過(guò)單模光纖組成1000M環(huán)網(wǎng)。主交換機(jī)合理布置，可連接該區(qū)域不同工藝段的幾個(gè)子網(wǎng)。

二、通訊數(shù)據(jù)流量控制

我們?cè)谏a(chǎn)線主干控制網(wǎng)的XM400管理型交換機(jī)上開(kāi)啟了IGMP Snooping組播功能，對(duì)生產(chǎn)線產(chǎn)生的組播數(shù)據(jù)包進(jìn)行有效控制處理，將組播數(shù)據(jù)包只轉(zhuǎn)發(fā)到需要此組播數(shù)據(jù)包的通訊端口，有效地縮小網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

IGMP組播協(xié)議運(yùn)行于主機(jī)和與主機(jī)直接相連的生產(chǎn)線XM400組播路由器之間，主機(jī)通過(guò)此協(xié)議告訴生產(chǎn)工藝段本地路由器希望加入并接受某個(gè)特定組播組的信息，同時(shí)生產(chǎn)工藝段路由器通過(guò)此組播協(xié)議周期性地查詢主干控制網(wǎng)內(nèi)某個(gè)已知組的通訊成員是否處于活動(dòng)狀態(tài)。

IGMP Snooping組播協(xié)議的實(shí)現(xiàn)機(jī)理是：主干網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過(guò)偵聽(tīng)主機(jī)發(fā)向路由器的IGMP通訊成員報(bào)告消息的方式，形成組成員和主干網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接口的相應(yīng)對(duì)應(yīng)關(guān)系;交換機(jī)根據(jù)該對(duì)應(yīng)關(guān)系將收到的生產(chǎn)線組播數(shù)據(jù)包只轉(zhuǎn)給具有組成員的通訊接口。通過(guò)上述組播機(jī)制，在生產(chǎn)線組播路由器里建立起一張路由表，其中包含路由器的各個(gè)通訊端口以及在該端口所對(duì)應(yīng)的PLC子網(wǎng)上都有哪些組的通訊成員。當(dāng)生產(chǎn)線路由器接收到某個(gè)組標(biāo)記的傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文后，只向那些有標(biāo)記號(hào)的成員端口上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文。

三、VLAN通道劃分

（一）控制網(wǎng)絡(luò)VLAN規(guī)劃

為保護(hù)各個(gè)控制段之間的控制網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立，加強(qiáng)子網(wǎng)的安全性，減少底層各子網(wǎng)實(shí)時(shí)通訊間的相互影響，同時(shí)為更好的規(guī)劃和管理整個(gè)底層控制網(wǎng)絡(luò)，各控制子網(wǎng)劃分為不同的虛擬子網(wǎng)通道（VLAN），隸屬于每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，相互之間可通過(guò)CPU進(jìn)行直接通訊，而不同生產(chǎn)工藝段子網(wǎng)之間不在一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，需要通過(guò)主干控制網(wǎng)交換機(jī)的路由功能交換數(shù)據(jù)。這樣既可以相對(duì)獨(dú)立控制子網(wǎng)還便于故障隔離和故障定位，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的維護(hù)量，同時(shí)還便于隔離大量廣播數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的無(wú)效傳播，有效的減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

（二）生產(chǎn)信息管理網(wǎng)絡(luò)VLAN規(guī)劃

以太網(wǎng)采用載波監(jiān)聽(tīng)技術(shù)、沖突檢測(cè)的通訊傳輸方式。當(dāng)數(shù)據(jù)量超過(guò)某一閥值或訪問(wèn)該節(jié)點(diǎn)的客戶端數(shù)量較多時(shí)，生產(chǎn)信息管理網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率是較低的，通常即使發(fā)揮最大效率，在100M的以太網(wǎng)上，傳輸效率最多不會(huì)超過(guò)40%。通過(guò)劃分VLAN通道，可以最有效的提高傳輸效率。在劃分信息管理網(wǎng)絡(luò)VLAN通道前，所有大量匯聚在同一廣播域上的生產(chǎn)線關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)會(huì)不可避免的頻繁發(fā)生沖突，嚴(yán)重影響信息網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。采用VLAN通道劃分技術(shù)，可以將改廣播域進(jìn)行分離，大大提高了傳輸效率及用戶數(shù)采獲取滿意度。

四、總結(jié)

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)與企業(yè)MES/ERP系統(tǒng)交互生產(chǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)（如：關(guān)鍵工藝參數(shù)等）進(jìn)行即時(shí)傳輸，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的（例如：生產(chǎn)批次報(bào)告、SPC統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等）盡量分時(shí)分段進(jìn)行傳輸，可有效降低制絲線生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的峰值壓力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?zhí)?煙草制絲線工業(yè)控制主干網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化策略.科學(xué)與技術(shù)，2015.