制絲車間工控以太網改造

楊遵偉 白剛 鄧琴

摘 要：工業網絡是連接工廠各個以太網絡設備的工業專用網絡，是消滅信息孤島、支撐企業數字化和信息化的基礎。工業網絡發展主要經歷了現場總線和工業以太網。在智能制造背景下，通信不僅僅是數據的傳輸，更是各類信息的交互，這對于工業網絡提出了新的要求，隨著越來越多的網絡節點的接入、網絡結構的復雜化、以往網絡配置不合理，網絡架構規劃的合理性、可管理性也變得越來越重要。某卷煙廠制絲車間現場9臺光纖工業交換機（OSM）布局仍然是以2004年現場控制的網絡需求而設置，隨著近年來多次技術改造，現場控制網絡的布局，數據交換量已經發生了極大變化，現場控制網絡配置已不能滿足實際需要，并多次出現不明原因的網絡閃停。本項目將使用現階段先進的以太網設計理念對其進行升級改造，提升網絡質量，保障生產進行。

關鍵詞：光纖;以太網;網絡診斷

引言

制絲車間以太網絡光纖交換機至下游終端的百兆帶寬尚能滿足數據交換需要，但交換機之間的百兆傳輸能力已經成為瓶頸，同時原光纖線路使用年限較長，趨近光纖使用年限;現有的光纖交換機不具備管理功能，對于下接各節點故障的定位和數據交換狀態不能實施監測;部分點對點的數據或同一生產工序的數據因為物理布局原因分布到了不同交換機，造成一些不需要經過光纖環網的數據占用光纖環網的帶寬，且易產生廣播風暴;現使用的工業交換機（OSM）已淘汰，工業交換機已經過多次升級換代，備件不易購買。

一、問題現狀

根據統計數據，2019年制絲車間因為以太網絡原因產生的故障停機次數共計達到了9次，其中影響停機斷料率的重要工序：烘絲機工序和儲絲房工序最為突出。項目組對故障原因進行分析歸納，問題原因是：

1.以太網絡帶寬不足，布局不科學;

2.網絡信息監控缺失，故障發生后難以找到故障的根本原因;

3.網絡故障判斷技術門檻較高，維修人員相關能力較為薄弱。

二、改造原則：

1、具有冗余功能的千兆光纖環網;

2、環網中的光纖交換機具有網絡管理功能;

3、各交換機具備單獨電源;

4、每個工藝段盡可能在同一光纖交換機下，必要時組建VLAN是部分工藝段內使用的數據僅在本工藝段內交換。

三、改造方案

1、中控室、葉片段，葉絲段、梗線設置四個XM416光纖交換機，組成雙冗余光纖環網。組成環網可以保證每臺（除開貯絲房交換機）交換機可以從兩個方向進行數據交換，即使兩個交換機之間發生一處電纜斷裂，仍然可以實現毫秒級別的數據傳輸切換，保證生產進行。

具體連接如下圖1：

原中控室兩臺osm合并為一臺xm416光纖交換機，下端接中控室所有以太網設備，并通過光纖連接葉片光纖交換機及梗線交換機;

葉片段處設置一臺XM416光纖交換機，下端接葉片段所有以太網設備，并通過光纖連接中控室光纖交換機及葉絲線光纖交換機;

梗線處設置一臺xm416光纖交換機，下接梗線下所有以太網設備，并通過光纖連接中控室及葉絲線光纖交換機;

葉絲線處設置一臺xm416光纖交換機，下接葉絲線所有以太網設備，并通過光纖連接葉絲線及梗線光纖交換機，并通過支路連接貯絲房XC206光纖交換機;

貯絲房處設置一臺XC206光纖，下接貯絲房及與其相隔較近的加香設備，并通過光纖連接至葉絲線光纖交換機。

2、為減少因電纜斷裂產生的故障或故障隱患，縮短故障處理的時間，本方案實行電纜雙冗余，在鋪設過程中，每兩個交換機之間鋪設兩條單模四芯光纜，實際使用只是其中2芯，從而實現單條光纜內部有一套備用，第二條光纜包含4芯整條備用，如此達到雙冗余功能。

3、根據新款交換機冗余電源設計，在安裝時為其設置雙電源接入，基本原則是：所有交換機接受一組中控室UPS電源，同時在改交換機所在地主控柜單獨再引一路電源，電源切換達到毫秒級，形成冗余電源。

通過環網+線纜、電源雙冗余方案可以實現：

（1）單根光纜故障不影響生產，可在生產結束后更換備用光纖或備用光纜;

（2）兩根及以上光纜故障（可能性極小），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交換機位置只需5分鐘即可完成光纜切換。

（3）除非全車間停電，交換機電源始終保證兩路供電，即使中控室電源出現故障，現場各交換機仍可保證通電狀態，保障生產需要。

四、效果驗證

自2020年5月改造完畢投入使用以來，制絲車間未再出現因以太網絡故障引起的停機斷料現象。

并且，通過交換機的管理功能，維修人員可以借助SINEMA SERVER更加便捷、直觀地對各個以太網設備的工作狀態、數據交換情況進行了解。

通過對制絲車間以太網絡進行改造，提升了網絡訪問帶寬，網絡拓撲設置更加優化;其環網+網絡、電源雙冗余功能基本上杜絕了網絡電纜故障導致的停機現象;在改造后的網絡基礎上，通過網絡監控及診斷，能提前發現各個網絡設備的故障隱患，并在網絡故障時提供更加便捷、直觀的故障信息，減少維修人員的處理時間。改造完成后，基本杜絕的網絡故障引起的設備停機，保證了產品質量和生產計劃的有序進行。

參考文獻：

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