摘 要：现场总线控制系统对工业以太网可靠性和稳定性有较高的要求，作者根据本单位工业以太网使用过程中出现的问题，并针对所出现问题对影响工业以太网稳定运行的因素进行一一分析，就提高工业以太网的可靠性和稳定性提出了对应的解决办法。
【关键词】工业以太网 可靠性 稳定性
工业以太网已成为当前自动化领域的热门技术，并有取代传统现场总线技术的趋势。现场总线控制系统对工业以太网的稳定性和可靠性要求非常高，一旦出现故障，将给企业带来巨大的经济损失，或者危及人身安全造成重大安全事故。网络冗余是提高工业以太网可靠性典型的高可用性网络技术，它通过利用冗余的网络通信链路确保信息传输的可靠性。为了提高工业以太网的可靠性与安全性，IEEE 802.1W快速生成树协议（RSTP）被引入现场总线控制系统中。RSTP 要求各交换机相互连接成环形，通过环路提供冗余链路，根据交换机内运行的快速生成树算法对链路故障进行恢复。
通过对工厂生产车间、物流中心的工控网络现场调研，关于工业以太网的可靠性和稳定性，结合工厂工控网络运行管理现状，从以下四个方面进行汇总并进行评析：
1 硬件选型
（1）一车间：工控网络较为复杂，环网选用5台西门子SCAL X414，其它接入交换机选用13台西门子SCAL X208和3台西门子SCAL X206。
（2）二车间：环网选用5台西门子SCAL X414，放置于车间顶棚，然后通过放置于中控室的CISCO 3650G-24TS接入中心机房。
（3）三车间：能管中心采用1台CISCO 2950交换机和服务器相连，各子站通过5台西门子SCAL X204和能管中心形成星型网络。
（4）物流中心：原料高架库中控室通过1台CISCO 2960-24TC交换机和服务器相连，子站通过3台西门子SCAL X204形成星型网络。成品高架库中控室通过1台H3C S1224R和控制现场的2台H3C S1016R形成星型网络。
2 网络连接
（1）一车间：全部使用西门子6芯多模光缆连接，连接部分采用普通光纤终端盒加耦合器。
（2）二车间：全部使用国产4芯多模光缆连接，连接部分采用普通光纤终端盒加耦合器。
（3）三车间：由于能管系统是由好几个子系统组成的，并且是由不同的集成商完成的，所以连接部分也是多种多样的，有使用6芯多模光缆加光收发器连接的，也有采用超五类双绞线加5口HUB中继连接的。
（4）物流中心：成品高架库全部采用双绞线连接，并且在控制台下面再加8口HUB和PC机相连。原料高架库3台西门子SCAL X204通过国产4芯多模光缆连接，其它采用采用超五类双绞线连接。
3 故障描述
3.1 一车间
2011年至今出现了以下故障，有些故障是多次频繁出现的。
（1）一车间中控主干网络中YT607段与二车间风力送丝段、制丝进料段设备多次出现光纤断裂。
（2）YT603段与YT607段间光纤交换机通信光纤断裂。
（3）三车间供电电源闪停，电源模块烧毁。
（4）叶丝处理段（YT603）CP443-1网卡频繁死机。
（5）真空回潮段（YT618）真空回潮主机（平面号130）子站频繁掉网。
（6）更换部分环网交换机后网络无法连通。
3.2 二车间
目前工控网络暂无问题出现。
3.3 三车间
主要故障出现在网络中断，无法进行正常通讯。
（1）空调通讯报警，远程监控中断。
（2）负压站PLC控制系统通讯故障，模块报警，无法建立通讯。
（3）自动供水系统通讯模块故障报警，远程监控中断。
3.4 物流中心
主要故障表现在硬件方面，频繁出现网络设备故障。
（1）16口交换机故障，网络无法连接。
（2）8口交换机故障，网络无法连接。
（3）无线AP（用DLINK无线路由器替代）故障，无线网络无法连接。
（4）双绞线布线多而乱，且无标签或标识，胡乱连接造成2次环网，造成局部网络故障。
4 工业以太网可靠性和稳定性评析
4.1 硬件选型方面存在的问题
（1）交换机选型不统一，增大备用交换机或备用交换机备件的成本。
（2）交换机型号一致时一定要注意版本是否全部为最新的版本（或产品），否则造成后续更换个别交换机时由于版本不一致且由于硬件版本影响无法升级软件版本，网络无法正常通讯。
（3）生产现场或中控室用到的交换机至少要为企业级交换机，不能采用SOHO级交换机，在高温、高湿、多尘、强电磁环境下由于SOHO级交换机会很快出现故障的，造成生产控制中断。
（4）生产现场要严格控制无线AP的使用，即使要用也一定要选择知名品牌的企业级以上的产品，绝不能使用SOHO级无线产品，这不但会生成自身网络不通，还会干扰生产现场其它无线网络。
4.2 网络连接方面存在的问题
（1）光缆选型必须要充分考虑通用性及本地的维护能力。一车间工控网络由于西门子6芯多模光缆连接，西门子6芯多模光缆的线径比国产通用多模光缆的光纤线径略微粗一点，而用户本地的光纤熔接机全部为通用光纤熔接机，造成了熔接时只能把玻璃丝熔接好，而光纤保护套无法正常保护熔接点，造成熔接点是稍微碰或拉一下就断。
（2）光纤终端盒选择一定要科学规范，充分满足熔接的芯数需求且有适当预留，必须使用耦合器连接，且耦合器的接口要方面日常维护需求；否则一出现故障光纤跳线无法使用，或是无备用线路可用。
（3）工控现场之间或是工控现场和中控室之间的连接必须采用光缆连接，并且要使用带光模块的交换机直接连接，尽量不使用光收发器连接，因为光收发器的可靠性太低了，会造成网络的时断时续。严禁使用双绞线通过小HUB中继连接，因为这样连接网络的可靠性太低，根本无法满足工控网络的需求。
（4）工控现场如果需要使用双绞线连接时，建议使用知名品牌的（如AMP、西蒙等）高质量的屏蔽双绞线，并要有配套的配线架、模块及水晶头，还要有良好的接地，这样才能有屏蔽的效果。
4.3 其它方面存在的问题
（1）大部分工控交换机和PLC供电是通过电柜直接供电，没有通过UPS统一供电，这样很容易造成交换机供电模块或主板由于电压不稳定而烧毁，网络中断。
（2）到目前为止没有一套网络管理软件对工厂的工控网络进行统一管理，造成了故障发现滞后、定位不准，日常对交换机的CPU、内存负载、及交换机供电无法进行量化管理。
通过以上现状简介和问题描述，提高工业以太网的可靠性和稳定性要从硬件选型、网络连接、稳定供电、网管软件四个方面的十个切入点进行解决，可有效提高工业以太网的可靠性和稳定性。
作者单位
陕西中烟工业有限责任公司延安卷烟厂 陕西省延安市 716000
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