某钢厂电气及自动化系统网络设计方案———某钢厂电气及自动化系

一、需求分析
本工程采用三级自动化控制系统，即基础自动化级（L1）、过程自动化级（L2）、厂级MES。
1. 基础自动化级(L1)
主要完成设备的顺序控制及连锁控制，自动位置控制，速度控制，张力控制，带钢的温度、厚度、宽度、板形控制，卷取控制以及加热炉的热工参数控制，回路调节，故障检测与报警，各种操作界面和数据采集等任务。
2. 过程自动化级（L2）
主要完成板坯/带钢初始数据处理、材料跟踪、数学模型计算及设定、过程数据收集、数据通信以及操作指导等任务。
3. 生产制造执行系统（MES）
主要完成全厂物料跟踪，钢卷库管理和控制，磨辊管理，生产计划的调整、优化和发行，生产实绩数据的收集、处理，以及统计分析、履历、报告等任务。
网络拓扑结构采用以中心交换机为核心的分区域冗余环网结构。主要由操作站、HMI服务器、工程师站、通讯总线、控制器、I/O模件以及现场总线等组成。
系统选用工业以太网交换机产品，作为实时数据的传输平台，构成一个安全、可靠、环形网络系统。

  二、解决方案
      此方案中A环网控制网络（精轧-卷取区域网络 ）采用11台TSC Carat55工业以太网交换机，通过光纤组成环形网络，各PLC室以及各操作室分别配置1台交换机作为支干交换机，采用环网设计的优点在于当网络中某一个结点发生故障时，网络会自动实现拓扑改变切换到总线型，从而保证网络的持续性和稳定性。TSC Carat55提供两个光口和6个电口，其中两个光口以与环网中别的交换机级联，6个电口连接下属设备，当电口不能满足实际需要的情况下我们采用TSC Carat20A下联到TSC Carat55 。B环网控制网络（加热-粗轧区域网络 ）采用9台TSC Carat55交换机，通过光纤组成环形网络，各PLC室以及各操作室分别配置1台交换机作为支干交换机，TSC Carat55提供两个光口和6个电口，其中两个光口以与环网中别的交换机级联，6个电口连接下属设备，当电口不能满足实际需要的情况下我们采用TSC Carat20A下联到TSC Carat55。L2 计算机室和MES系统均采用两台TSC Pt35交换机，其中一台做备份，当其中一台发生故障时会很快切换到另外一台，采用了核心交换机TSC Pt35 双机热备。此结构充分利用了工业冗余环网结构的优点，当通讯链路发生故障时其网络传输的恢复时间被控制在300毫秒以内，而如果用普通民用以太网交换机构造链路冗余网络，其恢复时间长达30秒以上，显然无法满足数据传输的不间断需求，这也是TSC工业以太网交换机与民用以太网交换机相比所具有的一个明显优势。
        环型结构在网络出现故障时仍能自行重构，保证系统安全可靠，同时传输光纤具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。由于光纤传输的是光信号，两端的电源相对隔离，所以有效地解决了光纤两端电源和地线对设备可能造成的严重威胁。光纤在通信时光束在纤维内部传输，不会产生任何形式的辐射，可防止传输过程中被分接，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的通信介质。
用TSC Carat55，TSC Pt35和TSC Carat20A系列交换机构建的系统拓扑示意图如下：


  

三、方案特点
本方案具有以下几个特点：
1．链路自动冗余备份
交换机自动冗余备份，能自动协商到达最近节点的路径，如果一处线路损坏，网络拓扑重新配置，达到正常网络状态只需50毫秒。
2．较长的传输距离
环型结构采用光纤介质类型，在传输中有低损耗的特性，使得传输线路的无中继传输距离变长。
3．具有较大的带宽
环网传输带宽为100Mbps，同时采用新的多数据处理技术，使得网络在重负荷情况下，仍能保持很高的带宽。
4．可靠性高，安全性好
环型结构在网络出现故障时仍能自行重构，保证系统安全可靠，同时传输光纤具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。由于光纤传输的是光信号，两端的电源相对隔离，所以有效地解决了光纤两端电源和地线对设备可能造成的严重威胁。光纤在通信时光束在纤维内部传输，不会产生任何形式的辐射，可防止传输过程中被分接，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的通信介质。

  四、产品简介
       TSC Carat55具有6个10/100M双绞线端口(RJ45)用于连接终端设备或网段，2个主干端口(光纤)用于构成主干“Supreme-Ring”连接，可为工业现场控制设备提供可冗余的连接，任何一段主干通讯通道的故障都将在300ms内被察觉出来，并将启动冗余链路传送数据，让您的自动化系统保持正常工作。
       TSC Pt35可提供40个100Mbps快速以太网电口和4个1000Mbps千兆以太网端口，其中千兆以太网端口采用光电组合的模式，即10/100/1000Base-T和SFP接口(不含SFP模块)可任选其一使用，用于千兆上联或构筑千兆主干环网；1个扩展插槽可选8口10/100Base-TX模块或8口100Base-FX模块，具有灵活的端口配置和良好的扩展性能。
       TSC Carat20A提供24个10/100Base-TX端口，2个扩展槽可以扩展两个单口端口百兆或千兆模块，可为工业现场控制设备提供高密度连接。