制丝车间工控以太网改造

杨遵伟 白刚 邓琴

摘 要：工业网络是连接工厂各个以太网络设备的工业专用网络，是消灭信息孤岛、支撑企业数字化和信息化的基础。工业网络发展主要经历了现场总线和工业以太网。在智能制造背景下，通信不仅仅是数据的传输，更是各类信息的交互，这对于工业网络提出了新的要求，随着越来越多的网络节点的接入、网络结构的复杂化、以往网络配置不合理，网络架构规划的合理性、可管理性也变得越来越重要。某卷烟厂制丝车间现场9台光纤工业交换机（OSM）布局仍然是以2004年现场控制的网络需求而设置，随着近年来多次技术改造，现场控制网络的布局，数据交换量已经发生了极大变化，现场控制网络配置已不能满足实际需要，并多次出现不明原因的网络闪停。本项目将使用现阶段先进的以太网设计理念对其进行升级改造，提升网络质量，保障生产进行。

关键词：光纤;以太网;网络诊断

引言

制丝车间以太网络光纤交换机至下游终端的百兆带宽尚能满足数据交换需要，但交换机之间的百兆传输能力已经成为瓶颈，同时原光纤线路使用年限较长，趋近光纤使用年限;现有的光纤交换机不具备管理功能，对于下接各节点故障的定位和数据交换状态不能实施监测;部分点对点的数据或同一生产工序的数据因为物理布局原因分布到了不同交换机，造成一些不需要经过光纤环网的数据占用光纤环网的带宽，且易产生广播风暴;现使用的工业交换机（OSM）已淘汰，工业交换机已经过多次升级换代，备件不易购买。

一、问题现状

根据统计数据，2019年制丝车间因为以太网络原因产生的故障停机次数共计达到了9次，其中影响停机断料率的重要工序：烘丝机工序和储丝房工序最为突出。项目组对故障原因进行分析归纳，问题原因是：

1.以太网络带宽不足，布局不科学;

2.网络信息监控缺失，故障发生后难以找到故障的根本原因;

3.网络故障判断技术门槛较高，维修人员相关能力较为薄弱。

二、改造原則：

1、具有冗余功能的千兆光纤环网;

2、环网中的光纤交换机具有网络管理功能;

3、各交换机具备单独电源;

4、每个工艺段尽可能在同一光纤交换机下，必要时组建VLAN是部分工艺段内使用的数据仅在本工艺段内交换。

三、改造方案

1、中控室、叶片段，叶丝段、梗线设置四个XM416光纤交换机，组成双冗余光纤环网。组成环网可以保证每台（除开贮丝房交换机）交换机可以从两个方向进行数据交换，即使两个交换机之间发生一处电缆断裂，仍然可以实现毫秒级别的数据传输切换，保证生产进行。

具体连接如下图1：

原中控室两台osm合并为一台xm416光纤交换机，下端接中控室所有以太网设备，并通过光纤连接叶片光纤交换机及梗线交换机;

叶片段处设置一台XM416光纤交换机，下端接叶片段所有以太网设备，并通过光纤连接中控室光纤交换机及叶丝线光纤交换机;

梗线处设置一台xm416光纤交换机，下接梗线下所有以太网设备，并通过光纤连接中控室及叶丝线光纤交换机;

叶丝线处设置一台xm416光纤交换机，下接叶丝线所有以太网设备，并通过光纤连接叶丝线及梗线光纤交换机，并通过支路连接贮丝房XC206光纤交换机;

贮丝房处设置一台XC206光纤，下接贮丝房及与其相隔较近的加香设备，并通过光纤连接至叶丝线光纤交换机。

2、为减少因电缆断裂产生的故障或故障隐患，缩短故障处理的时间，本方案实行电缆双冗余，在铺设过程中，每两个交换机之间铺设两条单模四芯光缆，实际使用只是其中2芯，从而实现单条光缆内部有一套备用，第二条光缆包含4芯整条备用，如此达到双冗余功能。

3、根据新款交换机冗余电源设计，在安装时为其设置双电源接入，基本原则是：所有交换机接受一组中控室UPS电源，同时在改交换机所在地主控柜单独再引一路电源，电源切换达到毫秒级，形成冗余电源。

通过环网+线缆、电源双冗余方案可以实现：

（1）单根光缆故障不影响生产，可在生产结束后更换备用光纤或备用光缆;

（2）两根及以上光缆故障（可能性极小），在确定故障光缆范围后可直接更换备用光缆，维修人员借助升降车到达交换机位置只需5分钟即可完成光缆切换。

（3）除非全车间停电，交换机电源始终保证两路供电，即使中控室电源出现故障，现场各交换机仍可保证通电状态，保障生产需要。

四、效果验证

自2020年5月改造完毕投入使用以来，制丝车间未再出现因以太网络故障引起的停机断料现象。

并且，通过交换机的管理功能，维修人员可以借助SINEMA SERVER更加便捷、直观地对各个以太网设备的工作状态、数据交换情况进行了解。

通过对制丝车间以太网络进行改造，提升了网络访问带宽，网络拓扑设置更加优化;其环网+网络、电源双冗余功能基本上杜绝了网络电缆故障导致的停机现象;在改造后的网络基础上，通过网络监控及诊断，能提前发现各个网络设备的故障隐患，并在网络故障时提供更加便捷、直观的故障信息，减少维修人员的处理时间。改造完成后，基本杜绝的网络故障引起的设备停机，保证了产品质量和生产计划的有序进行。

参考文献：

[1] 西门子. 网络管理 SINEMA Server.C79000-G8952-C241-10，2019.

[2] 廖常初. 西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3] 王德吉. 西门子工业网络通信技术详解[M].北京：机械工业出版社，2009.