冗余环形光纤网络在船厂龙门起重机上的应用
2015-01-12张伟明
摘要：社会的进步与发展带动了通讯网络技术的更新换代。船厂龙门起重机是造船行业的主要设备之一，它同样随着社会的进步高速发展。文章介绍了当前龙门起重机上主要的光纤网络通讯形式及其优缺点，并阐述了冗余环形光纤网络在船厂龙门起重机上安全、稳定、可靠、高效应用的实际案例。
关键词：船厂龙门起重机；环形光纤网络；冗余；通讯网络技术；龙门吊 文献标识码：A
中图分类号：TP277 文章编号：1009-2374（2015）01-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0033
随着世界经济的不断发展，国际贸易往来也越来越频繁。贸易的发展带动了航运业的迅猛发展，而航运业的主要载体之一就是船舶。故此各地对大型化船舶的需求量随之增大，由此造船业得到了迅速的发展。船厂龙门起重机（以下简称龙门吊）作为造船行业的主要设备之一同样也随之高速发展。龙门吊作为造船行业中重要的辅助设备，它的安全可靠、高效运行是所有船厂的期望，因此选用可靠稳定的通讯控制系统是龙门吊设计中的重中之重。科技的进步为工业工程及设备制造奠定了坚实的技术基础。在各类网络技术及材料技术快速发展的当下，龙门吊通讯技术的发展应用也是必然的。
1 龙门吊当前主要通讯形式
龙门吊由于从站数量多且分散，站与站之间的通讯距离又都较远，纯粹的电气Profibus网络受传输距离等限制，往往不能满足实际使用要求，故现基本采用的都是光电混合通讯网络，即各区域本地设备之间采用Profibus或DriveCliq通讯，然后通过光纤利用光电通讯模块将各区域之间连接起来组成一个完整的通讯网
图1 总线型光纤通讯网络
图2 星型光纤通讯网络
络。而其中的光纤通讯传输网络又有多种形式，较为典型的有以下三种：总线型、星型和环形。如图1、图2、图3所示：
图3 环形光纤通讯网络
2 各种形式光纤通讯网络的优缺点
总线型通讯网络是指所有从站连接在同一条总线上，各个从站的等级都是一样的，没有优先级，没有中心节点控制，总线上数据的传递是从发送数据的工作站开始向总线两端发送。每个工作站在接收数据时首先都需要进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相一致，一致的话则接收网上的数据。总线型网络的特点为：结构简单；所需线路距离短；可扩充性好，很方便地增加新站点。但缺点是维护困难，故障节点查找较难；传输距离有限，可靠性差。
星型通讯网络是指各工作站以星型方式连接成网。网络中有一个公共的中心节点，其他所有工作站都与公共中心节点直接相连，这种结构以中心节点为中心，因此又称为集中式网络。它具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；故障诊断和维护方便。但缺点也是明显的：可靠性较低，对中心节点的依赖过高，一旦出现故障，将导致整个网络瘫痪；资源共享能力也较差。
环形通讯网络是指由各工作站点和连接站点的链路组成一个闭合环。它的特点是：数据传输快；线路距离短；增加或减少站点时，仅需简单的连接操作。当然其缺点也是明显的：成本高；故障检测困难。实际上环形网络是总线型网络的一种特殊形式，将总线网络的首尾相连就形成了环网。虽说环形网络也是一种特殊的总线结构，但环形网络很大的一个优点是其他网络结构形式所不具备的，就是冗余，其有效提升了设备的可靠性。
3 冗余环形光纤网络在龙门起重机上的应用
3.1 环形光纤网络定义
环形光纤网络顾名思义就是由光纤将各远程站点之间连接起来组成的一个闭合的环形网络。环形网络是目前最先进的网络拓扑结构之一，它的自愈性功能好，具有生存能力强、网络传输稳定性和可靠性高等优点。
3.2 环形光纤网络案例分析
随着船舶大型化的发展，船厂大型龙门吊的应用越来越广泛，其在造船拼装搭载过程中起到越来越关键的作用，因此各大船企对于龙门吊运行使用的安全性、可靠性、可维护性和灵活性的要求也越来越高。为此对于龙门吊电气系统设计的数字化、智能化、网络化是非常必要的。光纤环网技术作为当前的一项先进技术，它在龙门吊上的实际应用，大大提升了设备的安全可靠运行能力。以下为我司为熔盛重工制造的1600t造船龙门吊上实际应用冗余环形光纤网络的案例。
熔盛重工的1600t龙门吊作为当下世界上最大起吊吨位的造船龙门起重机之一，它的安全可靠高效运行是至关重要的。为此在进行电气系统通讯方式设计时对远程站点选择了环形光纤网络通讯方式。该龙门起重机共有39个远程从站，且较多从站离主站距离较远，又比较分散。传统的主干方式的光纤通讯网络无法有效保障系统的稳定性，中间的任何一条连接线断掉，都至少会影响连接中的一个区域，这就给网络的安全性带来隐患，造成设备故障，影响生产效率。而冗余环形光纤网络有效地将各站点连接了起来，并能保证系统的稳定运行。1600t项目采用冗余环形网络，当线路中有一个站点出现问题或是有一条光纤断掉，系统可以利用它的自愈功能自动切换到备用线路上，从而使通讯网络不会因某处连接发生故障而影响整体网络，影响设备的正常生产作业。其大致通讯图如下：
图4 1600t龙门吊环形光纤通讯网络应用示意图
3.3 环形光纤网络组成
众所周知，早期的通讯方式远程控制设备与主控制器之间由于传输距离远、电磁干扰、衰减等原因，常常会出现通讯中断等情况。光纤传输介质的出现很好地解决了这个问题，而环形光纤网络技术的出现更是革命性的发展。要组建一个环形光纤网络需根据项目实际情况选择合适的组网设备。就本项目来说，首先，本龙门吊项目选用的是62.5/125um的多模光纤；其次，光缆接头采用的是工业上常用的ST形式接头；最后，根据现场实际使用情况及项目预算，该项目上选用的光电转换模块是西门子的OLM/G12光链路模块。该模块性能稳定，传输距离长，抗电磁干扰能力强，经济实用。从图4的应用示意图中可以看出，该项目由于存在5个远端设备区域，因此总共选用了10个OLM光电转换模块将其同主PLC连接起来。不同区域的各个从站通过Profibus网络连接后再经由几个光电转换模块的连接，组成了一个环形光纤网络。该网络有效地保证了设备的可靠稳定运行，降低了通讯故障的发生，减少了维修工作量，提高了设备的生产效率，为企业产生了直接的经济效益。
4 组建环形光纤网络的注意点
4.1 光电转换模块选型
要组建环形光纤网络，光电转换模块的选型非常重要，需要注意以下四点：（1）光电转换模块一定是要有环网功能的，普通的光电转换模块不具备组建环形网络的功能。另外，环网光电转换模块最起码需有2个收发端口通道，以实现关键的冗余功能；（2）光电转换模块必须跟光纤类型相匹配，因为光纤分单模和多模，如果是单模光纤应选用支持单模光纤的模块，多模光纤应选用支持多模光纤的模块；（3）光电转换模块分普通型和宽温型，使用者需根据现场安装环境的要求选用适合的光电转换模块；（4）光纤接头形式，光纤接头形式分为SC、ST、FC等多种。需要根据所选用光纤接头形式选购对应的光电转换模块。
4.2 从站设备的位置
对于环形光纤网络的组成，还需注意各工作站点的分布位置。如果各工作站是呈一直线布置的，这样的情况环网就不合适了，因为有一根光纤会特别长，这样系统的可靠性就会大打折扣。因此根据实际情况合理选择网络形式及合理配置网络结构是很重要的。
5 结语
随着网络技术的飞速发展，各种网络通讯方式应运而生。冗余环形光纤网络作为一项先进技术，能有效保障设备的可靠稳定运行，减少停机时间，从而大大提高了生产效率，为提高龙门起重机生产性能起到了巨大作用。
作者简介：张伟明，男，上海人，上海振华重工（集团）股份有限公司工程师。
（责任编辑：黄银芳）endprint
摘要：社会的进步与发展带动了通讯网络技术的更新换代。船厂龙门起重机是造船行业的主要设备之一，它同样随着社会的进步高速发展。文章介绍了当前龙门起重机上主要的光纤网络通讯形式及其优缺点，并阐述了冗余环形光纤网络在船厂龙门起重机上安全、稳定、可靠、高效应用的实际案例。
关键词：船厂龙门起重机；环形光纤网络；冗余；通讯网络技术；龙门吊 文献标识码：A
中图分类号：TP277 文章编号：1009-2374（2015）01-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0033
随着世界经济的不断发展，国际贸易往来也越来越频繁。贸易的发展带动了航运业的迅猛发展，而航运业的主要载体之一就是船舶。故此各地对大型化船舶的需求量随之增大，由此造船业得到了迅速的发展。船厂龙门起重机（以下简称龙门吊）作为造船行业的主要设备之一同样也随之高速发展。龙门吊作为造船行业中重要的辅助设备，它的安全可靠、高效运行是所有船厂的期望，因此选用可靠稳定的通讯控制系统是龙门吊设计中的重中之重。科技的进步为工业工程及设备制造奠定了坚实的技术基础。在各类网络技术及材料技术快速发展的当下，龙门吊通讯技术的发展应用也是必然的。
1 龙门吊当前主要通讯形式
龙门吊由于从站数量多且分散，站与站之间的通讯距离又都较远，纯粹的电气Profibus网络受传输距离等限制，往往不能满足实际使用要求，故现基本采用的都是光电混合通讯网络，即各区域本地设备之间采用Profibus或DriveCliq通讯，然后通过光纤利用光电通讯模块将各区域之间连接起来组成一个完整的通讯网
图1 总线型光纤通讯网络
图2 星型光纤通讯网络
络。而其中的光纤通讯传输网络又有多种形式，较为典型的有以下三种：总线型、星型和环形。如图1、图2、图3所示：
图3 环形光纤通讯网络
2 各种形式光纤通讯网络的优缺点
总线型通讯网络是指所有从站连接在同一条总线上，各个从站的等级都是一样的，没有优先级，没有中心节点控制，总线上数据的传递是从发送数据的工作站开始向总线两端发送。每个工作站在接收数据时首先都需要进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相一致，一致的话则接收网上的数据。总线型网络的特点为：结构简单；所需线路距离短；可扩充性好，很方便地增加新站点。但缺点是维护困难，故障节点查找较难；传输距离有限，可靠性差。
星型通讯网络是指各工作站以星型方式连接成网。网络中有一个公共的中心节点，其他所有工作站都与公共中心节点直接相连，这种结构以中心节点为中心，因此又称为集中式网络。它具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；故障诊断和维护方便。但缺点也是明显的：可靠性较低，对中心节点的依赖过高，一旦出现故障，将导致整个网络瘫痪；资源共享能力也较差。
环形通讯网络是指由各工作站点和连接站点的链路组成一个闭合环。它的特点是：数据传输快；线路距离短；增加或减少站点时，仅需简单的连接操作。当然其缺点也是明显的：成本高；故障检测困难。实际上环形网络是总线型网络的一种特殊形式，将总线网络的首尾相连就形成了环网。虽说环形网络也是一种特殊的总线结构，但环形网络很大的一个优点是其他网络结构形式所不具备的，就是冗余，其有效提升了设备的可靠性。
3 冗余环形光纤网络在龙门起重机上的应用
3.1 环形光纤网络定义
环形光纤网络顾名思义就是由光纤将各远程站点之间连接起来组成的一个闭合的环形网络。环形网络是目前最先进的网络拓扑结构之一，它的自愈性功能好，具有生存能力强、网络传输稳定性和可靠性高等优点。
3.2 环形光纤网络案例分析
随着船舶大型化的发展，船厂大型龙门吊的应用越来越广泛，其在造船拼装搭载过程中起到越来越关键的作用，因此各大船企对于龙门吊运行使用的安全性、可靠性、可维护性和灵活性的要求也越来越高。为此对于龙门吊电气系统设计的数字化、智能化、网络化是非常必要的。光纤环网技术作为当前的一项先进技术，它在龙门吊上的实际应用，大大提升了设备的安全可靠运行能力。以下为我司为熔盛重工制造的1600t造船龙门吊上实际应用冗余环形光纤网络的案例。
熔盛重工的1600t龙门吊作为当下世界上最大起吊吨位的造船龙门起重机之一，它的安全可靠高效运行是至关重要的。为此在进行电气系统通讯方式设计时对远程站点选择了环形光纤网络通讯方式。该龙门起重机共有39个远程从站，且较多从站离主站距离较远，又比较分散。传统的主干方式的光纤通讯网络无法有效保障系统的稳定性，中间的任何一条连接线断掉，都至少会影响连接中的一个区域，这就给网络的安全性带来隐患，造成设备故障，影响生产效率。而冗余环形光纤网络有效地将各站点连接了起来，并能保证系统的稳定运行。1600t项目采用冗余环形网络，当线路中有一个站点出现问题或是有一条光纤断掉，系统可以利用它的自愈功能自动切换到备用线路上，从而使通讯网络不会因某处连接发生故障而影响整体网络，影响设备的正常生产作业。其大致通讯图如下：
图4 1600t龙门吊环形光纤通讯网络应用示意图
3.3 环形光纤网络组成
众所周知，早期的通讯方式远程控制设备与主控制器之间由于传输距离远、电磁干扰、衰减等原因，常常会出现通讯中断等情况。光纤传输介质的出现很好地解决了这个问题，而环形光纤网络技术的出现更是革命性的发展。要组建一个环形光纤网络需根据项目实际情况选择合适的组网设备。就本项目来说，首先，本龙门吊项目选用的是62.5/125um的多模光纤；其次，光缆接头采用的是工业上常用的ST形式接头；最后，根据现场实际使用情况及项目预算，该项目上选用的光电转换模块是西门子的OLM/G12光链路模块。该模块性能稳定，传输距离长，抗电磁干扰能力强，经济实用。从图4的应用示意图中可以看出，该项目由于存在5个远端设备区域，因此总共选用了10个OLM光电转换模块将其同主PLC连接起来。不同区域的各个从站通过Profibus网络连接后再经由几个光电转换模块的连接，组成了一个环形光纤网络。该网络有效地保证了设备的可靠稳定运行，降低了通讯故障的发生，减少了维修工作量，提高了设备的生产效率，为企业产生了直接的经济效益。
4 组建环形光纤网络的注意点
4.1 光电转换模块选型
要组建环形光纤网络，光电转换模块的选型非常重要，需要注意以下四点：（1）光电转换模块一定是要有环网功能的，普通的光电转换模块不具备组建环形网络的功能。另外，环网光电转换模块最起码需有2个收发端口通道，以实现关键的冗余功能；（2）光电转换模块必须跟光纤类型相匹配，因为光纤分单模和多模，如果是单模光纤应选用支持单模光纤的模块，多模光纤应选用支持多模光纤的模块；（3）光电转换模块分普通型和宽温型，使用者需根据现场安装环境的要求选用适合的光电转换模块；（4）光纤接头形式，光纤接头形式分为SC、ST、FC等多种。需要根据所选用光纤接头形式选购对应的光电转换模块。
4.2 从站设备的位置
对于环形光纤网络的组成，还需注意各工作站点的分布位置。如果各工作站是呈一直线布置的，这样的情况环网就不合适了，因为有一根光纤会特别长，这样系统的可靠性就会大打折扣。因此根据实际情况合理选择网络形式及合理配置网络结构是很重要的。
5 结语
随着网络技术的飞速发展，各种网络通讯方式应运而生。冗余环形光纤网络作为一项先进技术，能有效保障设备的可靠稳定运行，减少停机时间，从而大大提高了生产效率，为提高龙门起重机生产性能起到了巨大作用。
作者简介：张伟明，男，上海人，上海振华重工（集团）股份有限公司工程师。
（责任编辑：黄银芳）endprint
摘要：社会的进步与发展带动了通讯网络技术的更新换代。船厂龙门起重机是造船行业的主要设备之一，它同样随着社会的进步高速发展。文章介绍了当前龙门起重机上主要的光纤网络通讯形式及其优缺点，并阐述了冗余环形光纤网络在船厂龙门起重机上安全、稳定、可靠、高效应用的实际案例。
关键词：船厂龙门起重机；环形光纤网络；冗余；通讯网络技术；龙门吊 文献标识码：A
中图分类号：TP277 文章编号：1009-2374（2015）01-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0033
随着世界经济的不断发展，国际贸易往来也越来越频繁。贸易的发展带动了航运业的迅猛发展，而航运业的主要载体之一就是船舶。故此各地对大型化船舶的需求量随之增大，由此造船业得到了迅速的发展。船厂龙门起重机（以下简称龙门吊）作为造船行业的主要设备之一同样也随之高速发展。龙门吊作为造船行业中重要的辅助设备，它的安全可靠、高效运行是所有船厂的期望，因此选用可靠稳定的通讯控制系统是龙门吊设计中的重中之重。科技的进步为工业工程及设备制造奠定了坚实的技术基础。在各类网络技术及材料技术快速发展的当下，龙门吊通讯技术的发展应用也是必然的。
1 龙门吊当前主要通讯形式
龙门吊由于从站数量多且分散，站与站之间的通讯距离又都较远，纯粹的电气Profibus网络受传输距离等限制，往往不能满足实际使用要求，故现基本采用的都是光电混合通讯网络，即各区域本地设备之间采用Profibus或DriveCliq通讯，然后通过光纤利用光电通讯模块将各区域之间连接起来组成一个完整的通讯网
图1 总线型光纤通讯网络
图2 星型光纤通讯网络
络。而其中的光纤通讯传输网络又有多种形式，较为典型的有以下三种：总线型、星型和环形。如图1、图2、图3所示：
图3 环形光纤通讯网络
2 各种形式光纤通讯网络的优缺点
总线型通讯网络是指所有从站连接在同一条总线上，各个从站的等级都是一样的，没有优先级，没有中心节点控制，总线上数据的传递是从发送数据的工作站开始向总线两端发送。每个工作站在接收数据时首先都需要进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相一致，一致的话则接收网上的数据。总线型网络的特点为：结构简单；所需线路距离短；可扩充性好，很方便地增加新站点。但缺点是维护困难，故障节点查找较难；传输距离有限，可靠性差。
星型通讯网络是指各工作站以星型方式连接成网。网络中有一个公共的中心节点，其他所有工作站都与公共中心节点直接相连，这种结构以中心节点为中心，因此又称为集中式网络。它具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；故障诊断和维护方便。但缺点也是明显的：可靠性较低，对中心节点的依赖过高，一旦出现故障，将导致整个网络瘫痪；资源共享能力也较差。
环形通讯网络是指由各工作站点和连接站点的链路组成一个闭合环。它的特点是：数据传输快；线路距离短；增加或减少站点时，仅需简单的连接操作。当然其缺点也是明显的：成本高；故障检测困难。实际上环形网络是总线型网络的一种特殊形式，将总线网络的首尾相连就形成了环网。虽说环形网络也是一种特殊的总线结构，但环形网络很大的一个优点是其他网络结构形式所不具备的，就是冗余，其有效提升了设备的可靠性。
3 冗余环形光纤网络在龙门起重机上的应用
3.1 环形光纤网络定义
环形光纤网络顾名思义就是由光纤将各远程站点之间连接起来组成的一个闭合的环形网络。环形网络是目前最先进的网络拓扑结构之一，它的自愈性功能好，具有生存能力强、网络传输稳定性和可靠性高等优点。
3.2 环形光纤网络案例分析
随着船舶大型化的发展，船厂大型龙门吊的应用越来越广泛，其在造船拼装搭载过程中起到越来越关键的作用，因此各大船企对于龙门吊运行使用的安全性、可靠性、可维护性和灵活性的要求也越来越高。为此对于龙门吊电气系统设计的数字化、智能化、网络化是非常必要的。光纤环网技术作为当前的一项先进技术，它在龙门吊上的实际应用，大大提升了设备的安全可靠运行能力。以下为我司为熔盛重工制造的1600t造船龙门吊上实际应用冗余环形光纤网络的案例。
熔盛重工的1600t龙门吊作为当下世界上最大起吊吨位的造船龙门起重机之一，它的安全可靠高效运行是至关重要的。为此在进行电气系统通讯方式设计时对远程站点选择了环形光纤网络通讯方式。该龙门起重机共有39个远程从站，且较多从站离主站距离较远，又比较分散。传统的主干方式的光纤通讯网络无法有效保障系统的稳定性，中间的任何一条连接线断掉，都至少会影响连接中的一个区域，这就给网络的安全性带来隐患，造成设备故障，影响生产效率。而冗余环形光纤网络有效地将各站点连接了起来，并能保证系统的稳定运行。1600t项目采用冗余环形网络，当线路中有一个站点出现问题或是有一条光纤断掉，系统可以利用它的自愈功能自动切换到备用线路上，从而使通讯网络不会因某处连接发生故障而影响整体网络，影响设备的正常生产作业。其大致通讯图如下：
图4 1600t龙门吊环形光纤通讯网络应用示意图
3.3 环形光纤网络组成
众所周知，早期的通讯方式远程控制设备与主控制器之间由于传输距离远、电磁干扰、衰减等原因，常常会出现通讯中断等情况。光纤传输介质的出现很好地解决了这个问题，而环形光纤网络技术的出现更是革命性的发展。要组建一个环形光纤网络需根据项目实际情况选择合适的组网设备。就本项目来说，首先，本龙门吊项目选用的是62.5/125um的多模光纤；其次，光缆接头采用的是工业上常用的ST形式接头；最后，根据现场实际使用情况及项目预算，该项目上选用的光电转换模块是西门子的OLM/G12光链路模块。该模块性能稳定，传输距离长，抗电磁干扰能力强，经济实用。从图4的应用示意图中可以看出，该项目由于存在5个远端设备区域，因此总共选用了10个OLM光电转换模块将其同主PLC连接起来。不同区域的各个从站通过Profibus网络连接后再经由几个光电转换模块的连接，组成了一个环形光纤网络。该网络有效地保证了设备的可靠稳定运行，降低了通讯故障的发生，减少了维修工作量，提高了设备的生产效率，为企业产生了直接的经济效益。
4 组建环形光纤网络的注意点
4.1 光电转换模块选型
要组建环形光纤网络，光电转换模块的选型非常重要，需要注意以下四点：（1）光电转换模块一定是要有环网功能的，普通的光电转换模块不具备组建环形网络的功能。另外，环网光电转换模块最起码需有2个收发端口通道，以实现关键的冗余功能；（2）光电转换模块必须跟光纤类型相匹配，因为光纤分单模和多模，如果是单模光纤应选用支持单模光纤的模块，多模光纤应选用支持多模光纤的模块；（3）光电转换模块分普通型和宽温型，使用者需根据现场安装环境的要求选用适合的光电转换模块；（4）光纤接头形式，光纤接头形式分为SC、ST、FC等多种。需要根据所选用光纤接头形式选购对应的光电转换模块。
4.2 从站设备的位置
对于环形光纤网络的组成，还需注意各工作站点的分布位置。如果各工作站是呈一直线布置的，这样的情况环网就不合适了，因为有一根光纤会特别长，这样系统的可靠性就会大打折扣。因此根据实际情况合理选择网络形式及合理配置网络结构是很重要的。
5 结语
随着网络技术的飞速发展，各种网络通讯方式应运而生。冗余环形光纤网络作为一项先进技术，能有效保障设备的可靠稳定运行，减少停机时间，从而大大提高了生产效率，为提高龙门起重机生产性能起到了巨大作用。
作者简介：张伟明，男，上海人，上海振华重工（集团）股份有限公司工程师。
（责任编辑：黄银芳）endprint
