基于光纤环网的条烟输送系统PROFIBUS-DP网络改造设计

基于光纤环网的条烟输送系统PROFIBUS-DP网络改造设计

罗家政1陆炳高2

1柳州市精创科技有限公司；2广西中烟工业有限责任公司

摘要：光纤环网的条烟输送系统PROFIBUS-DP网络改造，主要完成对卷包车间现有的条烟输送系统PROFIBUS-DP网络升级，将原有基于RS485的老旧PROFIBUS-DP网络，通过重新布置光纤，增加PROFIBUS转光纤转换器，把整个PROFIBUS-DP网络升级成更加稳定的PROFIBUS-DP光纤环网，大大减少条烟输送系统因PROFIBUS-DP网络故障引起的故障率，确保条烟输送系统能够满足日常生产要求。

关键词：PROFIBUS-DP网络；转换器；光纤

1、引言

烟厂卷包车间条烟输送系统DP网络投入使用已经有10多年的时间，由于网络设备老化以及现场电气元件干扰等原因，经常会出现信号丢失或异常的现象，严重时导致整个DP网络通讯中断，使得系统的正常运行受到影响。经过现场勘察了解，现有的条烟输送系统包括1个主站和34个从站（卷烟机），每个站都装有DP接口，站与站之间用DP电缆相连接，组成一个星型的DP网络，主站与从站间的数据交换都经过DP网络进行，如此一来，DP模块是否正常运行、DP头的插针是否接触良好、DP电缆老化后抗干扰能力减弱、以及DP电缆布线沿途是否有电磁干扰等，都有可能造成传输信号异常，只要一个站点故障，就会严重影响其他站点，造成生产损失，而且维修难度大，大大增加工程师的维修工作量。

2、升级改造内容

针对原系统的情况，可以用光纤环网方式来取代现有的DP电缆，光纤具有抗干扰能力强，耐化学腐蚀的优点，光纤通信的传输频带极宽，通信容量大，光纤衰减小，传输距离远，串扰小，而且环网方式具有冗余作用，可实现网络的自愈，这些特性能充分的保证传输信号的质量，确保网络的稳性。

在原有桥架里面，重新布置光纤电缆，把主站和从站通过光纤连接成一个环形，在每个站点上增加一个PROFIBUS转光纤转换器，可以将PROFIBUS的电缆通讯转换为光纤通讯，转换器与该站的DP模块间用DP电缆连接，然后站与站之间的转换器用光纤连接，组成一个环型光纤网络。网络升级架构如下图所示：

由网络升级架构图可以看得出来，升级之后的条烟输送系统，站点与站点之间，是通过光纤进行连接，一个站点链路出现问题，不会影响其他站点的链路。

整个升级改造系统可以通过三个部分进行实现，即光纤电缆布置、光纤转换器安装调试、网络调试。

光纤电缆布置：沿着原有DP电缆的桥架，把光纤电缆从主站开始布置到站点1，站点1在布置到站点2，站点2布置到站点3，以此类推，最后站点34的光纤电缆再回到主站，从而形成一个完整的环网。

光纤转换器安装调试：在原有站点控制柜空闲地方，安装好光纤转换器，转换器2个进口用光纤连接，转换器出口再通过0.5米长的新DP电缆接回到PLC，按照原有参数设置好转换器的PROFIBUS-DP地址、波特率。

网络调试：把所有的站点重新上电，检测光纤是否通畅，DP电缆接线是否正常，直到所有的DP站点网络正常。

3、设备选型

本设计中的转换器选用西门子公司的OLM光纤模块。OLM模块可以很好的将DP电缆通讯转换成光纤通讯，并支持环网协议，可以实现光纤环网模式。

模块特殊功能介绍

1．RS485网段监视（SegmentmonitoringattheRS485port）

该功能用于每个接收设备对于所连接到的RS485网段中的故障帧或者网络堵塞情况的监测。当接收设备接收到故障帧或者网络堵塞时间长于最大的帧发送时间时，或者当一秒钟以上没有接收到信号时，接收到的信号将被“Block”而不再被转发到其它端口，直到网络中能够重新接收到新的报文。如果该RS485网段没有激活该功能，则来自电气网段的干扰将影响整个网络。

2.光路监视（Linemonitoringwithechoes）

模板对于光路的监测，分别有”Sendecho“,”Monitorecho“和”Suppressecho“等三个功能。Sendecho，通过任意端口接收到的报文都被转发到所有其它端口。如果接收端口是一个光纤接口，接收端口将向相应的发送端口发回报文。Monitorecho，当一个模板发送一个报文（不是“echo”报文）到一个光纤口，则该光纤口将期望能够得到一个回应（“echo”）。如果在一段时间内（时间周期是预置的）没有收到回应报文，则会产生“echo”监测的故障，红色故障灯将点亮。Suppressecho，当一个数据报文被发出时，接收设备会被与其它的端口隔离开，直到响应报文（“echo”）被正确的接收。

如果光纤接口上出现一个“echo”监测故障或者检测到一个有问题的报文，模板将假定该线路出现问题，并且将冻结这个端口不再接/发用户数据。所连接的总线部分将做被分割出整个网络。同时，该分割也将引起所连接的光纤的另外一端也被分割。

所有的连接到该被分割出来的网段的模板都将发送测试报文到这些被隔离出来的端口。这些测试报文可以用来测试这些总线段的状态。如果所有的模板通过测试报文都可以确认该网段不再有问题，则该网段的分割状态将自动取消。如果所有的部件都被“冻结”，则模板的分割状态将自动轮换，用以测试其连接到相邻模板的光路的状态。如果没有报文堵塞，而网络连接又是正常的，则相应端口的黄灯将周期闪烁。

4、结论

此次光纤环网的条烟输送系统PROFIBUS-DP网络改造，用光纤电缆替代了原有的PROFIBUS-DP电缆，增加了光纤转换器，满足了条烟输送系统的需求；设备安装方式简单、便捷，不用修改原有的西门子程序，仅仅是硬件做了升级，光纤通信的优点大大减小了条烟输送系统的故障率，一个站点故障不会影响其他站点的运行，设备维修方便、备件更换简单，很大程度上减少了维修工程师的工作量。

参考方献：

[1]周志敏，纪爱华.PLC控制系统设计及工程应用[M].北京:化学工业出版社，2013.

[2]SIMATICS7-200可编程控制器系统手册