某鋼廠電氣及自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

一、需求分析
本工程采用三級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，即基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)（L1）、過程自動(dòng)化級(jí)（L2）、廠級(jí)MES。
1. 基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)(L1)
主要完成設(shè)備的順序控制及連鎖控制，自動(dòng)位置控制，速度控制，張力控制，帶鋼的溫度、厚度、寬度、板形控制，卷取控制以及加熱爐的熱工參數(shù)控制，回路調(diào)節(jié)，故障檢測(cè)與報(bào)警，各種操作界面和數(shù)據(jù)采集等任務(wù)。
2. 過程自動(dòng)化級(jí)（L2）
主要完成板坯/帶鋼初始數(shù)據(jù)處理、材料跟蹤、數(shù)學(xué)模型計(jì)算及設(shè)定、過程數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)通信以及操作指導(dǎo)等任務(wù)。
3. 生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）
主要完成全廠物料跟蹤，鋼卷庫管理和控制，磨輥管理，生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)整、優(yōu)化和發(fā)行，生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)的收集、處理，以及統(tǒng)計(jì)分析、履歷、報(bào)告等任務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用以中心交換機(jī)為核心的分區(qū)域冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。主要由操作站、HMI服務(wù)器、工程師站、通訊總線、控制器、I/O模件以及現(xiàn)場(chǎng)總線等組成。
系統(tǒng)選用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品，作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸平臺(tái)，構(gòu)成一個(gè)安全、可靠、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

二、解決方案
      此方案中A環(huán)網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)（精軋-卷取區(qū)域網(wǎng)絡(luò) ）采用11臺(tái)TSC Carat55工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過光纖組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，各PLC室以及各操作室分別配置1臺(tái)交換機(jī)作為支干交換機(jī)，采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)拓?fù)涓淖兦袚Q到總線型，從而保證網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)性和穩(wěn)定性。TSC Carat55提供兩個(gè)光口和6個(gè)電口，其中兩個(gè)光口以與環(huán)網(wǎng)中別的交換機(jī)級(jí)聯(lián)，6個(gè)電口連接下屬設(shè)備，當(dāng)電口不能滿足實(shí)際需要的情況下我們采用TSC Carat20A下聯(lián)到TSC Carat55 。B環(huán)網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)（加熱—粗軋區(qū)域網(wǎng)絡(luò) ）采用9臺(tái)TSC Carat55交換機(jī)，通過光纖組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，各PLC室以及各操作室分別配置1臺(tái)交換機(jī)作為支干交換機(jī)，TSC Carat55提供兩個(gè)光口和6個(gè)電口，其中兩個(gè)光口以與環(huán)網(wǎng)中別的交換機(jī)級(jí)聯(lián)，6個(gè)電口連接下屬設(shè)備，當(dāng)電口不能滿足實(shí)際需要的情況下我們采用TSC Carat20A下聯(lián)到TSC Carat55。L2 計(jì)算機(jī)室和MES系統(tǒng)均采用兩臺(tái)TSC Pt35交換機(jī)，其中一臺(tái)做備份，當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)會(huì)很快切換到另外一臺(tái)，采用了核心交換機(jī)TSC Pt35 雙機(jī)熱備。此結(jié)構(gòu)充分利用了工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)通訊鏈路發(fā)生故障時(shí)其網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕謴?fù)時(shí)間被控制在300毫秒以內(nèi)，而如果用普通民用以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)造鏈路冗余網(wǎng)絡(luò)，其恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30秒以上，顯然無法滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟婚g斷需求，這也是TSC工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與民用以太網(wǎng)交換機(jī)相比所具有的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)。
        環(huán)型結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)仍能自行重構(gòu)，保證系統(tǒng)安全可靠，同時(shí)傳輸光纖具有對(duì)電磁和射頻干擾抑制能力，在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響，也不影響其設(shè)備。由于光纖傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，兩端的電源相對(duì)隔離，所以有效地解決了光纖兩端電源和地線對(duì)設(shè)備可能造成的嚴(yán)重威脅。光纖在通信時(shí)光束在纖維內(nèi)部傳輸，不會(huì)產(chǎn)生任何形式的輻射，可防止傳輸過程中被分接，也杜絕了輻射波的竊聽，因而是最安全的通信介質(zhì)。
用TSC Carat55，TSC Pt35和TSC Carat20A系列交換機(jī)構(gòu)建的系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D如下：

三、方案特點(diǎn)
本方案具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1．鏈路自動(dòng)冗余備份
交換機(jī)自動(dòng)冗余備份，能自動(dòng)協(xié)商到達(dá)最近節(jié)點(diǎn)的路徑，如果一處線路損壞，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲匦屡渲茫_(dá)到正常網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)只需50毫秒。
2．較長(zhǎng)的傳輸距離
環(huán)型結(jié)構(gòu)采用光纖介質(zhì)類型，在傳輸中有低損耗的特性，使得傳輸線路的無中繼傳輸距離變長(zhǎng)。
3．具有較大的帶寬
環(huán)網(wǎng)傳輸帶寬為100Mbps，同時(shí)采用新的多數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)在重負(fù)荷情況下，仍能保持很高的帶寬。
4．可靠性高，安全性好
環(huán)型結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)仍能自行重構(gòu)，保證系統(tǒng)安全可靠，同時(shí)傳輸光纖具有對(duì)電磁和射頻干擾抑制能力，在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響，也不影響其設(shè)備。由于光纖傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，兩端的電源相對(duì)隔離，所以有效地解決了光纖兩端電源和地線對(duì)設(shè)備可能造成的嚴(yán)重威脅。光纖在通信時(shí)光束在纖維內(nèi)部傳輸，不會(huì)產(chǎn)生任何形式的輻射，可防止傳輸過程中被分接，也杜絕了輻射波的竊聽，因而是最安全的通信介質(zhì)。
 

四、產(chǎn)品簡(jiǎn)介
       TSC Carat55具有6個(gè)10/100M雙絞線端口(RJ45)用于連接終端設(shè)備或網(wǎng)段，2個(gè)主干端口(光纖)用于構(gòu)成主干“Supreme-Ring”連接，可為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備提供可冗余的連接，任何一段主干通訊通道的故障都將在300ms內(nèi)被察覺出來，并將啟動(dòng)冗余鏈路傳送數(shù)據(jù)，讓您的自動(dòng)化系統(tǒng)保持正常工作。
       TSC Pt35可提供40個(gè)100Mbps快速以太網(wǎng)電口和4個(gè)1000Mbps千兆以太網(wǎng)端口，其中千兆以太網(wǎng)端口采用光電組合的模式，即10/100/1000Base-T和SFP接口(不含SFP模塊)可任選其一使用，用于千兆上聯(lián)或構(gòu)筑千兆主干環(huán)網(wǎng)；1個(gè)擴(kuò)展插槽可選8口10/100Base-TX模塊或8口100Base-FX模塊，具有靈活的端口配置和良好的擴(kuò)展性能。
       TSC Carat20A提供24個(gè)10/100Base-TX端口，2個(gè)擴(kuò)展槽可以擴(kuò)展兩個(gè)單口端口百兆或千兆模塊，可為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備提供高密度連接。