機床PLC數據采集及條碼識別打印網絡集成方案

本文為東土電信技術有限公司基于機床PLC數據采集及條碼識別打印網絡集成的解決方案。

工程簡介
機床PLC數據采集及條碼識別打印網絡集成工程，客戶有3000余套機床，機床的自動控制主要通過PLC實現，每臺機床的控制分別由單個的PLC控制。PLC使用產品有KOYO公司的SN32DRB、SM16/24，B&R公司的PLC，SIEMENS公司的S7-300（PROFIBUS）等。主要為KOYO公司的SN32DRB、SM16/24。SN32DRB、SM16/24都有RSC232和RS485接口，RS232接口接文本顯示器MD-02L。公司已布好有管理以太網網絡。

客戶需求
客戶需要將這3000余套機床的PLC中某些寄存器中數據（數據包含機床號，生產人員工號，生產日期，產品的長度等。）讀出并定期生成報表提送到某幾個管理部門，便于日常生產的管理。第一套工序中機床生產完產品后打印條形碼（條形碼數據包含機床號，生產人員工號，生產日期，產品的長度，產品的彈性度等。），并將信息讀入產品管理系統。下一套工序機床用條形碼識別器讀出上個工序的條形碼數據，并綜合打印出這套工序產品的條形碼。最后的產品條形碼作為完整的產品條形碼數據進入產品管理系統中。

網絡特點
從傳輸距離和覆蓋范圍來看，該通信網絡應屬于工業級廠區生產控制網絡。主要功能包括：信號采集、自動控制、信息管理等基本生產業務。以數據業務為主，而該通信網絡所支持的業務則包括實時圖像、監控數據及IP數據等，是一個全業務的網絡。

從以上兩點來看，該網絡更接近于城域網。根據IEEE802局域網標準委員會的最初定義，城域網（MAN）是以光纖為通信媒體，能提供高速率（大于45Mbit/s），支持數據、話音和圖形的綜合業務傳輸，在跨度為50km—150km的城市覆蓋范圍內實現高速/寬帶傳輸的數據通信網絡?？梢钥闯?，機床PLC數據采集及條碼識別打印網絡通信網僅在覆蓋范圍上小于城域網。由于工程的特點決定了其通信系統適宜采用自建光纜的形式組建專用網絡，因而，在廠區內的網絡可以用雙絞線組成冗余度較高的環型網絡。

因此，可以將該通信網看作是一個廠區網絡，以承載數據業務為主，但又對業務的實時性有較高要求的專用多業務區域網絡。

網絡結構
機床PLC數據采集及條碼識別打印網絡作為多種業務的傳輸與交換平臺，承擔著數據采集、自動控制及其它數據業務信號的匯接和傳輸任務。從拓撲結構上，整個網路是環型結構互連的準星型網絡結構，如圖所示。其中，控制中心是由七臺KIEN6000-2S組成的冗余環網，作為網絡的核心層；分別采用單模光纜與七個廠區各骨干節點相連接；使用雙光纖備份鏈路，每個廠區都有一個KIEN 6000-2S和16個KIEN 1000–8TX組成的100M/S冗余工業環網，使用雙絞線連接成環網。

網絡優勢分析
以太網的方案是基于二層交換傳輸方案。采用以太網作為交換傳輸和接入平臺的優勢十分明顯。其一是巨大的網絡基礎和長期的經驗知識，以及目前所有流行的操作系統和應用也都與以太網兼容；其二，以太網性能價格比好，初始成本和運營成本均較低；另外，以太網的擴展性好，容易安裝開通，并且可靠性較高。以太網接入采用異步工作方式，很適合于處理IP突發數據流。目前以太網從共享媒質轉向全雙工LAN交換后，在相當程度上實現了計算機間的信息隔離，消除了鏈路帶寬的競爭和潛在的碰撞機會，同時使以太網的傳輸距離也大大地得到擴展。

近來，以太網已逐漸向城域網甚至廣域網擴展。從技術上看，以太網是一種很簡單的解決方案，只需要最少量的規劃、設計和測試工作，應用多年，為用戶所熟悉，業務指配時間可以減少到幾個小時或幾天；其次，以太網是標準技術，互換互操作性好，具有廣泛的軟硬件支持，成本低。有人預測，在城域網和廣域網上，以太網成本可能SDH和ATM的25%和10%；最后，以太網是與媒體無關的承載技術，可以透明地與銅線對、電纜和各種光纖等不同傳輸媒體接口，避免了重新布線的成本。從結構上看，以太網正以前所未有的端到端解決方案面目出現，消去了其他解決方案所必不可少的網絡邊界處的格式變換，減少了網絡的復雜性。同時，以太網是具有很好擴展性的解決方案，其速率可以從10Mbits/s、100Mbits/s、1Gbits/s一直擴展到10Gbit/s。從管理上看，由于同樣的系統可以應用在網絡的各個層面上，因此，網絡管理可以大大簡化。

方案
綜上所述，我們選用東土電信公司的兩層交換工業以太網交換機KIEN6000-2S和KIEN 1000-8TX，組成環型網絡與星型相結合。

根據光纜的鋪設情況，此種網絡結構為星狀網絡結構。在每個廠區MOUDBUS轉以太網模塊、CCM協議或無協議通訊轉以太網模塊分別接到廠區內的工業冗余環網上，相關的控制計算機、控制器等分別連接到冗余環網上。工廠內部的冗余環網是由KIEN6000-2S和KIEN 1000-8TX連接組成，使用KIEN6000-2S的1#、2# RJ45口與KIEN 1000-8TX的4#、8#口連接成一個雙絞線冗余環網，切換時間為300MS，然后通過KIEN6000-2S的兩個光口以冗余的方式與控制中心的一臺KIEN 6000-2S相連，控制中心采用七臺KIEN 6000-2S形成的冗余環網，他們之間也是用雙絞線連接成環，使用KIEN 6000-2S的1#、2#口即可。每個KIEN6000-2S的兩對光纖口分別用來連接七個廠區環網，在局端監控中心到每個監控點之間單根纖斷裂時，可自動切換到備用通道實現業務的不間斷傳輸。雙電源的冗余備份、光口/電口自動故障保報警都顯示了在工業場合上其他交換機所不能達到的強大網絡優勢。使用強大網絡管理功能對整個網絡系統進行管理。