制絲車間工控以太網(wǎng)改造

楊遵偉 白剛 鄧琴

摘 要：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是連接工廠各個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)，是消滅信息孤島、支撐企業(yè)數(shù)字化和信息化的基礎(chǔ)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展主要經(jīng)歷了現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)。在智能制造背景下，通信不僅僅是數(shù)據(jù)的傳輸，更是各類信息的交互，這對(duì)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求，隨著越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、以往網(wǎng)絡(luò)配置不合理，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃的合理性、可管理性也變得越來(lái)越重要。某卷煙廠制絲車間現(xiàn)場(chǎng)9臺(tái)光纖工業(yè)交換機(jī)（OSM）布局仍然是以2004年現(xiàn)場(chǎng)控制的網(wǎng)絡(luò)需求而設(shè)置，隨著近年來(lái)多次技術(shù)改造，現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的布局，數(shù)據(jù)交換量已經(jīng)發(fā)生了極大變化，現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)配置已不能滿足實(shí)際需要，并多次出現(xiàn)不明原因的網(wǎng)絡(luò)閃停。本項(xiàng)目將使用現(xiàn)階段先進(jìn)的以太網(wǎng)設(shè)計(jì)理念對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，保障生產(chǎn)進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：光纖;以太網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)診斷

引言

制絲車間以太網(wǎng)絡(luò)光纖交換機(jī)至下游終端的百兆帶寬尚能滿足數(shù)據(jù)交換需要，但交換機(jī)之間的百兆傳輸能力已經(jīng)成為瓶頸，同時(shí)原光纖線路使用年限較長(zhǎng)，趨近光纖使用年限;現(xiàn)有的光纖交換機(jī)不具備管理功能，對(duì)于下接各節(jié)點(diǎn)故障的定位和數(shù)據(jù)交換狀態(tài)不能實(shí)施監(jiān)測(cè);部分點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)或同一生產(chǎn)工序的數(shù)據(jù)因?yàn)槲锢聿季衷蚍植嫉搅瞬煌粨Q機(jī)，造成一些不需要經(jīng)過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)占用光纖環(huán)網(wǎng)的帶寬，且易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴;現(xiàn)使用的工業(yè)交換機(jī)（OSM）已淘汰，工業(yè)交換機(jī)已經(jīng)過(guò)多次升級(jí)換代，備件不易購(gòu)買。

一、問(wèn)題現(xiàn)狀

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年制絲車間因?yàn)橐蕴W(wǎng)絡(luò)原因產(chǎn)生的故障停機(jī)次數(shù)共計(jì)達(dá)到了9次，其中影響停機(jī)斷料率的重要工序：烘絲機(jī)工序和儲(chǔ)絲房工序最為突出。項(xiàng)目組對(duì)故障原因進(jìn)行分析歸納，問(wèn)題原因是：

1.以太網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，布局不科學(xué);

2.網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控缺失，故障發(fā)生后難以找到故障的根本原因;

3.網(wǎng)絡(luò)故障判斷技術(shù)門檻較高，維修人員相關(guān)能力較為薄弱。

二、改造原則：

1、具有冗余功能的千兆光纖環(huán)網(wǎng);

2、環(huán)網(wǎng)中的光纖交換機(jī)具有網(wǎng)絡(luò)管理功能;

3、各交換機(jī)具備單獨(dú)電源;

4、每個(gè)工藝段盡可能在同一光纖交換機(jī)下，必要時(shí)組建VLAN是部分工藝段內(nèi)使用的數(shù)據(jù)僅在本工藝段內(nèi)交換。

三、改造方案

1、中控室、葉片段，葉絲段、梗線設(shè)置四個(gè)XM416光纖交換機(jī)，組成雙冗余光纖環(huán)網(wǎng)。組成環(huán)網(wǎng)可以保證每臺(tái)（除開貯絲房交換機(jī)）交換機(jī)可以從兩個(gè)方向進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，即使兩個(gè)交換機(jī)之間發(fā)生一處電纜斷裂，仍然可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)別的數(shù)據(jù)傳輸切換，保證生產(chǎn)進(jìn)行。

具體連接如下圖1：

原中控室兩臺(tái)osm合并為一臺(tái)xm416光纖交換機(jī)，下端接中控室所有以太網(wǎng)設(shè)備，并通過(guò)光纖連接葉片光纖交換機(jī)及梗線交換機(jī);

葉片段處設(shè)置一臺(tái)XM416光纖交換機(jī)，下端接葉片段所有以太網(wǎng)設(shè)備，并通過(guò)光纖連接中控室光纖交換機(jī)及葉絲線光纖交換機(jī);

梗線處設(shè)置一臺(tái)xm416光纖交換機(jī)，下接梗線下所有以太網(wǎng)設(shè)備，并通過(guò)光纖連接中控室及葉絲線光纖交換機(jī);

葉絲線處設(shè)置一臺(tái)xm416光纖交換機(jī)，下接葉絲線所有以太網(wǎng)設(shè)備，并通過(guò)光纖連接葉絲線及梗線光纖交換機(jī)，并通過(guò)支路連接貯絲房XC206光纖交換機(jī);

貯絲房處設(shè)置一臺(tái)XC206光纖，下接貯絲房及與其相隔較近的加香設(shè)備，并通過(guò)光纖連接至葉絲線光纖交換機(jī)。

2、為減少因電纜斷裂產(chǎn)生的故障或故障隱患，縮短故障處理的時(shí)間，本方案實(shí)行電纜雙冗余，在鋪設(shè)過(guò)程中，每?jī)蓚€(gè)交換機(jī)之間鋪設(shè)兩條單模四芯光纜，實(shí)際使用只是其中2芯，從而實(shí)現(xiàn)單條光纜內(nèi)部有一套備用，第二條光纜包含4芯整條備用，如此達(dá)到雙冗余功能。

3、根據(jù)新款交換機(jī)冗余電源設(shè)計(jì)，在安裝時(shí)為其設(shè)置雙電源接入，基本原則是：所有交換機(jī)接受一組中控室UPS電源，同時(shí)在改交換機(jī)所在地主控柜單獨(dú)再引一路電源，電源切換達(dá)到毫秒級(jí)，形成冗余電源。

通過(guò)環(huán)網(wǎng)+線纜、電源雙冗余方案可以實(shí)現(xiàn)：

（1）單根光纜故障不影響生產(chǎn)，可在生產(chǎn)結(jié)束后更換備用光纖或備用光纜;

（2）兩根及以上光纜故障（可能性極?。?，在確定故障光纜范圍后可直接更換備用光纜，維修人員借助升降車到達(dá)交換機(jī)位置只需5分鐘即可完成光纜切換。

（3）除非全車間停電，交換機(jī)電源始終保證兩路供電，即使中控室電源出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)各交換機(jī)仍可保證通電狀態(tài)，保障生產(chǎn)需要。

四、效果驗(yàn)證

自2020年5月改造完畢投入使用以來(lái)，制絲車間未再出現(xiàn)因以太網(wǎng)絡(luò)故障引起的停機(jī)斷料現(xiàn)象。

并且，通過(guò)交換機(jī)的管理功能，維修人員可以借助SINEMA SERVER更加便捷、直觀地對(duì)各個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)交換情況進(jìn)行了解。

通過(guò)對(duì)制絲車間以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，提升了網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)帶寬，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)置更加優(yōu)化;其環(huán)網(wǎng)+網(wǎng)絡(luò)、電源雙冗余功能基本上杜絕了網(wǎng)絡(luò)電纜故障導(dǎo)致的停機(jī)現(xiàn)象;在改造后的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及診斷，能提前發(fā)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的故障隱患，并在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)提供更加便捷、直觀的故障信息，減少維修人員的處理時(shí)間。改造完成后，基本杜絕的網(wǎng)絡(luò)故障引起的設(shè)備停機(jī)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)計(jì)劃的有序進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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