煙草制絲線工業控制主干網絡的優化及設計建議

張東岳

摘 要：本文旨在以煙草行業制絲線工業控制主干網絡為例，從網絡配置優化選型、通訊數據流量控制、VLAN通道劃分等三方面探討了工業網絡可以優化的些許措施，以便為今后大型工業控制網絡的設計與搭建提供參考。

關鍵詞：網絡優化;經濟價值;選型;流量控制;VLAN;措施

一、網絡配置優化選型

根據煙草制絲線各工藝段工業控制系統的配置要求，為滿足控制系統實時通訊性能，煙草制絲生產線主干控制網絡采用具有三層網絡路由功能和管理功能的高性能工業以太網交換機和單模、多模光纖介質構成冗余環型結構，各生產線所屬交換機環網接口采用千兆光口，良好實現了高速數據通訊。

制絲生產線主干控制網交換機選用西門子最新推出的XM416-4C模塊化管理型交換機，可根據用戶需求最大程度上進行網絡擴展和調整，交換機之間通過單模光纖組成1000M環網。主交換機合理布置，可連接該區域不同工藝段的幾個子網。

二、通訊數據流量控制

我們在生產線主干控制網的XM400管理型交換機上開啟了IGMP Snooping組播功能，對生產線產生的組播數據包進行有效控制處理，將組播數據包只轉發到需要此組播數據包的通訊端口，有效地縮小網絡帶寬、降低網絡負載，提升數據傳輸效率。

IGMP組播協議運行于主機和與主機直接相連的生產線XM400組播路由器之間，主機通過此協議告訴生產工藝段本地路由器希望加入并接受某個特定組播組的信息，同時生產工藝段路由器通過此組播協議周期性地查詢主干控制網內某個已知組的通訊成員是否處于活動狀態。

IGMP Snooping組播協議的實現機理是：主干網絡交換機通過偵聽主機發向路由器的IGMP通訊成員報告消息的方式，形成組成員和主干網絡交換機接口的相應對應關系;交換機根據該對應關系將收到的生產線組播數據包只轉給具有組成員的通訊接口。通過上述組播機制，在生產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通訊端口以及在該端口所對應的PLC子網上都有哪些組的通訊成員。當生產線路由器接收到某個組標記的傳輸數據報文后，只向那些有標記號的成員端口上轉發數據報文。

三、VLAN通道劃分

（一）控制網絡VLAN規劃

為保護各個控制段之間的控制網絡相對獨立，加強子網的安全性，減少底層各子網實時通訊間的相互影響，同時為更好的規劃和管理整個底層控制網絡，各控制子網劃分為不同的虛擬子網通道（VLAN），隸屬于每個子網內的網絡節點在同一個網段內，相互之間可通過CPU進行直接通訊，而不同生產工藝段子網之間不在一個虛擬網絡內，需要通過主干控制網交換機的路由功能交換數據。這樣既可以相對獨立控制子網還便于故障隔離和故障定位，簡化系統的維護量，同時還便于隔離大量廣播數據在網絡上的無效傳播，有效的減輕網絡負荷。

（二）生產信息管理網絡VLAN規劃

以太網采用載波監聽技術、沖突檢測的通訊傳輸方式。當數據量超過某一閥值或訪問該節點的客戶端數量較多時，生產信息管理網絡的傳輸效率是較低的，通常即使發揮最大效率，在100M的以太網上，傳輸效率最多不會超過40%。通過劃分VLAN通道，可以最有效的提高傳輸效率。在劃分信息管理網絡VLAN通道前，所有大量匯聚在同一廣播域上的生產線關鍵工藝數據會不可避免的頻繁發生沖突，嚴重影響信息網網絡傳輸效率。采用VLAN通道劃分技術，可以將改廣播域進行分離，大大提高了傳輸效率及用戶數采獲取滿意度。

四、總結

生產信息管理系統與企業MES/ERP系統交互生產數據時，對實時性要求較高的數據（如：關鍵工藝參數等）進行即時傳輸，對實時性要求不高的（例如：生產批次報告、SPC統計數據等）盡量分時分段進行傳輸，可有效降低制絲線生產網絡訪問的峰值壓力。

參考文獻：

[1]張天.煙草制絲線工業控制主干網絡的優化策略.科學與技術，2015.