网络通讯和光纤传输在化工矿山的应用

杨开营 郭燕宁

摘要：介绍网络通讯和光纤传输技术在晋宁磷矿的应用、安装调试及注意事项。

关键词：网络通讯 光纤传输 光端机

中图分类号：G250文献标识码： A

1 前言

目前,计算机的应用已深入各行各业,而计算机之间的信息交换)))网络通讯也已经广泛应用到电信、金融等领域。光纤传输,由于其传输容量大、损耗小,已经引起越来越多的人们重视。随着我国工业自动化水平的不断提高,网络通讯和光纤传输这一新技术在工业控制中的应用也得到发展。在早期的云南磷化学工业(集团)公司晋宁磷矿扩建工程PLC控制系统即是这一技术在我国化工矿山的一次较成功的实践和应用。

2 系统概述

此地地处高原山区,采场破碎站与磷矿擦洗厂相距13km之多,中间主要由5条长距离高强度胶带输送机首尾相接,连成一体。6个转运站沿线排列,相互距离远,控制范围大,现场各种干扰源较多。采用常规电气控制等手段难以满足生产工艺对系统控制的要求。工程设计采用美国MODICON公司的984系列PLC和MODBUSPLUS(又称MB+)网络通讯系统。网络通讯的传输介质为光纤电缆。系统主要由7台PLC,9套光端机及14km光纤电缆组成。上位系统有1台FM+工业计算机,4台PM视频终端和1台大屏幕投影。系统设有中央控制室,位于端部的擦洗厂内。7台PLC分别设在中控室和6个转运站内,直接控制各工艺设备。FM+监控机及其中3台PM视频终端设在中控室,用于监视全矿工艺流程和生产过程,构成上位监控管理系统。另一台PM视频终端设在远离中控室的1号转运站内,用作远程操作站。

3 MB+网络

MB+网络是一种使用成熟、可靠性高的先进的工业局部网络系统。采用令牌传递方式,允许网上计算机、PLC和其它数据源以对等方式进行数据通讯,即网上所有各节点都可以通过获得令牌(TOKEN)与所选的目标节点进行信息交换,其网络逻辑结构先进,较主从网等其它网络通讯方便快捷。MB+网络能力较大,可具有32个节点。通过中继器可增至64个。网络节点之间不需另加调制解调器。通讯速率达1Mbps。MB+网还可以通过网桥(BRIDGE)将多个MB+网连在一起,构成网络之间通讯。先进的CRC循环冗余数据校验,使网络具有高可靠性。晋宁磷矿扩建工程MB+网初期运行共有14个节点。

4 光纤传输

传输介质是网络通讯中发送端与接收端之间的物理通路,是信号传递的中间媒体,不同的传输介质对网络的可靠性、可容性有很大影响。MB+网络允许采用屏蔽双绞电缆或光纤电缆作为传输介质。屏蔽双绞电缆是由多对绝缘导线绞合、外包屏蔽层的双绞线电缆。光纤电缆是由两层折射率不同、能透过光束的纤维材料构成。它利用光全反射的原理,传输被调制好的光束信号。由于光纤电缆传输的是光信号,所以它具有不受电磁干扰和噪声影响的高抗噪特性,能够保持较高的数据传输率、较低传输损耗和误码率,对要求较严的工业实时控制更为适合。

5 光电转换

光端机是光电信号的转换装置。每一装置都具有发射端、接受端和与网络节点连接的专用接口。在发射端电信号对光束进行调制,在接受端用光电检波将被调制的光信号还原成电信号。

6 网络配置

标准的MB+网络支持共32个节点、450m距离的对等通讯。利用光纤电缆传输,可以大大减少传输损耗,延长传输距离。但网络传输的最大距离则主要取决于两个光端机间光纤电缆的正常损耗和接口损耗,其损耗必须小于光端机的允许损耗值。因此,网络配置初步确定后,必须根据产品提供的技术数据逐段对光纤电缆和光端机进行网络系统的传输损耗校验。

由以上技术数据可计算得出:44-3110光纤电缆与6E01组合传输时最大距离为：

(17dB-2@1.6dB)/7dB=1.971km;

而与6E02组合传输时最大距离为(23dB-2@1.6dB)/7dB=2.828km;根据网络配置中各PLC节点的现场位置和光纤电缆使用长度,采用44-3110光纤电缆传输,配用6E01和6E02光端机模块各4对,既节省投资,又满足系统要求。

7 安装调试

7.1 光缆敷设

网络硬件安装比较容易,主要是一些专用缆线和接口的连接。比较困难的是光纤电缆的敷设。因为每卷光纤电缆的整长都在2km左右,又要求敷设在距胶带廊地面2m以上的电缆桥架内。桥架随胶带廊地面走势安装,凹凸连绵,高低不平。光纤电缆质轻易折,为确保不损伤光纤电缆,施工以人力敷设为主,现场每隔50m左右设有人员进行辅助拉移,并配备无线对讲机进行联络。全线共8段、14km长的光纤电缆顺利按期敷设完成。

7.2 接口连接

光缆尾纤与光端机接口的连接处理是光纤传输很重要一个环节。处理不好,接口自身损耗很大,将影响系统不能正常运行。光纤电缆外绝缘屏蔽层的剥割、缆内纤维尾头的断切,都要有专用工具,并严格按照施工工艺步骤及要求进行。接口连接完成后,先用专用电光源放大镜观察尾纤端面的形状是否平齐,断面是否匀整。最后再用标准发射光源模拟测试接口自身的传输损耗,使其值控制在允许范围内。如不合格,则废弃,重新剥割断切,直到合格为止。

7.3 网络调试

网络系统调试可从网络相邻两接点开始,运行MB+网络操作系统测试软件,通过FM+监视画面,即可进行各项网络测试,直到网上所有各节点全部打通。网络工作时,显示各运行画面,可及时获得网上各接点的实时状态和运行参数。

8 几点体会

(1)网络通讯技术是一种先进、可靠的技术,不仅扩大了控制范围,而且使工业控制和企业管理融为一体。(2)MB+网络安装简便,系统灵活,节点上下网自由,不用中断正在运行的系统,就可以随时随地增加或者减少节点、进入或者退出网络,操作维护都极为方便。(3)光纤传输介质较其它媒体具有较明显的抗噪能力,为确保系统稳定、可靠创造了条件,是一种很有前途的传输方式。晋宁磷矿现场周围有各种电力、电信设施,产生的各种电磁、射频干扰源较多,又地处高雷电区,但都尚未影响到系统的正常运行。(4)接地和屏蔽通常是网络安装调试的一大难点,也是经常影响网络正常运行的一个头疼问题。对于长距离的工业网络通讯则更加困难。但由于光纤传输是光信号的传输,网络系统接地和屏蔽相对简单。因而,光纤传输克服了其它电缆由于传输电信号而难以解决的接地和屏蔽困难,加快了系统安装和调试进度。

9 安装注意

(1)相邻两光端机间的光缆应尽可能整长,避免光缆接头,要按实际距离的长短向生产厂家提出光缆整长定货要求。(2)光缆长度在满足工程要求前提下,应尽可能短,过长不仅增加传输损耗,而且光缆放置保护麻烦。(3)光缆纤维的直接连接宜采用熔接方法,由专业人员进行操作,以尽可能减小纤维接头的传输损耗。(4)使用专用工具,确保施工质量,提高安装效率,减少材料浪费。(5)保持工作环境整洁,减少灰尘对光纤传输设备工作的影响,防止鼠害等对光缆和其它设施的侵害。（6）保证光纤切面的清洁。光纤接续过程中，应该确保每根光纤切面都整齐洁净。同时应当规范操作程序，保证工作环境的干净整洁，特别是切割刀的光纤端面要时刻保持清洁。在施工前，应检查预先配置的各种必需品，如账篷灯、电暖风、电风扇、发电机、作业台，保证接续工具的清洁，用酒精棉擦拭光纤端面和切刀，不能使端面吸附灰尘和任何杂质，将污染引起的吸收损耗和散射损耗降到最低。

结束语

综上所述，通过近一年的运行检验,效果令人满意。网络运行稳定,光纤传输可靠。既改善了劳动条件,提高了自动化水平,也为企业带来了效益。

参考文献

[1]杨莉，郭红英.浅谈光纤通讯传输的常见问题与解决方法[J].数字技术应用，2011.

[2]姜树森，姜剑锋，高伟.浅谈通信传输的常见问题与技术要点[J].数字技术与应用，2011.

作者简介

杨开营，（1985、1），内蒙古呼伦贝尔，技术员，本科，矿山自动化。

郭燕宁，（1987.11），内蒙古呼和浩特市，助理政工，大专，矿山党建、团建。