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　　市場占有率超過80%的以太網是當今世界各地局域網(LAN)應用中領先的網絡。100Mb/s快速以太網的出現使企業級的高速數據通信成為可能。污水處理廠控制點數量多、分布廣、數據吞吐量大，快速工業以太網作為廠區的通信，是大型污水處理廠最優的解決方案。快速工業以太網的傳輸介質為玻璃光纖，為保證數據通信的可靠，具有冗余功能的光纖環網為用戶提供了可選方案。本文以綿陽塔子壩污水處理廠為例，介紹高速冗余光纖環網在大型污水處理廠中的應用。

　　一 高速冗余光纖環網概述

　　光纖網絡運行方式的選擇

　　為了能夠建立較大的網絡，綿陽市塔子壩污水處理廠采用了有全雙工功能的切換技術，如圖1。切換的LAN與共享的LAN相比具有以下優點：每個獨立的段都有全性能/數據率；在幾個段內同時有數據業務，同時傳送幾個報文；過濾：局部數據業務依舊是局部的，只有被選擇的數據包超出段的界限。
采用全雙工(FDX)時，對網絡中參與的終端內的沖突檢測是自動釋放的。FDX的一個先決條件是有單獨發送和接受通道的傳輸介質(如FO和ITP)，以及所包含的部件有保存數據包的能力。

　　由于FDX中每個獨立分段不會出現沖突，因而支持FDX的部件能以正常的傳輸速率同時發送和接收，數據的吞吐量要比網絡的額定傳輸速率大一倍，快速以太網可達到200Mb/s。
FDX的另一優點是增大了網絡范圍。通過停止激活沖突原理，FDX能使兩個部件間的距離增大到超過一個沖突域的范圍。用全雙工，有可能使所有的發送和接收部件傳送距離達到性能極限。對于快速以太網，沖突域范圍為412m，為了建立沖突域，網絡部件選用SIMATIC OSM(光纖鏈路模塊)，這樣玻璃纖維光纜的最大長度達到3000m。

　　SIMATIC NET的高速冗余

　　一次出錯后的快速網絡重構時間是工業應用不可缺少的特性。否則，連接的終端會關閉邏輯通信連接，導致控制過程中斷。因此，用生成樹協議的網絡結構組織約需30～60s時間，在這一時間內，在網絡內進行可靠的可視化顯示或過程控制用的生產通信是不可能的。因此選用SIMATIC NET高速冗余，不采用生成樹協議。

　　SIMATIC NET使用特殊開發的冗余控制過程，能夠達到所需要的快速響應時間。用這種過程，在幾分之一秒時間內能夠重構一個功能網絡基礎結構。在綿陽市塔子壩污水處理廠中，由8個SIMATIC光纖切換模塊(OSM)和一個具有冗余管理功能的OSM組成的100Mb/s光纖環中，出錯后(如電路開路或切換故障)能在不到0.2s的時間內完成網絡重構。
網絡配置不會影響所連接的終端，在所有時間內都保證過程或應用的控制。除了在100Mb/s光纖環中實現高速、介質冗余外，SIMATIC OSM為光纖環和網絡段的高速冗余控制提供所需要的功能。

　　二 高速冗余光纖環網的應用

　　綿陽市塔子壩污水處理廠日處理污水設計為20萬噸，自控系統除中控室外設計為8個站：提升泵站、預處理站、1#～4#一體化生物反應池、鼓風機站、脫水機站，監控點多達4000余個，且分布在近1km2的廠區內。另外，離污水廠不遠有一個發電站。為保證系統數據傳輸的可靠，減少因網絡傳輸故障引起的系統停機，因此將高速冗余光纖環網應用于本系統。網絡系統結構如圖2所示。

　　德國西門子產品穩定可靠的性能、簡便易行的控制方式在各行各業的應用中取得了良好的效果。本系統主要采用西門子產品構建，采用了以下設備：PLC――SIMATIC S7-300系列，CPU314和CPU315；通信處理器――SIMATIC CP343-1；光纖――IBM多模光纖；Profibus-DP及雙絞線以太網；光電轉換模塊――SIMATIC OSM(光纖鏈路模塊)，中控室采用TP62系列，其余各站采用TP22系列。

　　網絡主干網采用高速冗余光纖環網，將各PLC站與中控室連接起來；各OSM與PLC之間的通信距離非常短(一般都裝于同一個PLC柜)，通過CP343-1采用雙絞線以太網通信；污泥脫水機房的PLC與各脫水機和加藥裝置的PLC構成主從站，各PLC間通信距離小于50m，采用Profibus-DP實現通信要求。

　　值得注意的是，中控室的OSM應具有冗余管理功能及多個RJ45接口，因而選用TP62系列，實際使用時將其冗余開關設為開(具體方法見模塊說明書)。為滿足廠長和其他管理部門對現場工藝數據的需求，通過網絡服務器和交換機，以TCP/IP為傳輸協議，將網絡延伸到廠區內外。

　　三 結束語

　　本文以綿陽市塔子壩污水處理廠為例，介紹了高速冗余光纖環網在大型污水處理廠中的應用。實踐表明，高速冗余光纖環網具有傳輸速率高、抗電磁干擾性強等優點。此外，網絡系統良好的冗余功能，使得控制系統的可靠性大幅提高。因此，高速冗余光纖環網是大型和有特殊要求污水處理廠理想的網絡方案。