烟草制丝线工业控制主干网络的优化及设计建议

张东岳

摘 要：本文旨在以烟草行业制丝线工业控制主干网络为例，从网络配置优化选型、通讯数据流量控制、VLAN通道划分等三方面探讨了工业网络可以优化的些许措施，以便为今后大型工业控制网络的设计与搭建提供参考。

关键词：网络优化;经济价值;选型;流量控制;VLAN;措施

一、网络配置优化选型

根据烟草制丝线各工艺段工业控制系统的配置要求，为满足控制系统实时通讯性能，烟草制丝生产线主干控制网络采用具有三层网络路由功能和管理功能的高性能工業以太网交换机和单模、多模光纤介质构成冗余环型结构，各生产线所属交换机环网接口采用千兆光口，良好实现了高速数据通讯。

制丝生产线主干控制网交换机选用西门子最新推出的XM416-4C模块化管理型交换机，可根据用户需求最大程度上进行网络扩展和调整，交换机之间通过单模光纤组成1000M环网。主交换机合理布置，可连接该区域不同工艺段的几个子网。

二、通讯数据流量控制

我们在生产线主干控制网的XM400管理型交换机上开启了IGMP Snooping组播功能，对生产线产生的组播数据包进行有效控制处理，将组播数据包只转发到需要此组播数据包的通讯端口，有效地缩小网络带宽、降低网络负载，提升数据传输效率。

IGMP组播协议运行于主机和与主机直接相连的生产线XM400组播路由器之间，主机通过此协议告诉生产工艺段本地路由器希望加入并接受某个特定组播组的信息，同时生产工艺段路由器通过此组播协议周期性地查询主干控制网内某个已知组的通讯成员是否处于活动状态。

IGMP Snooping组播协议的实现机理是：主干网络交换机通过侦听主机发向路由器的IGMP通讯成员报告消息的方式，形成组成员和主干网络交换机接口的相应对应关系;交换机根据该对应关系将收到的生产线组播数据包只转给具有组成员的通讯接口。通过上述组播机制，在生产线组播路由器里建立起一张路由表，其中包含路由器的各个通讯端口以及在该端口所对应的PLC子网上都有哪些组的通讯成员。当生产线路由器接收到某个组标记的传输数据报文后，只向那些有标记号的成员端口上转发数据报文。

三、VLAN通道划分

（一）控制网络VLAN规划

为保护各个控制段之间的控制网络相对独立，加强子网的安全性，减少底层各子网实时通讯间的相互影响，同时为更好的规划和管理整个底层控制网络，各控制子网划分为不同的虚拟子网通道（VLAN），隶属于每个子网内的网络节点在同一个网段内，相互之间可通过CPU进行直接通讯，而不同生产工艺段子网之间不在一个虚拟网络内，需要通过主干控制网交换机的路由功能交换数据。这样既可以相对独立控制子网还便于故障隔离和故障定位，简化系统的维护量，同时还便于隔离大量广播数据在网络上的无效传播，有效的减轻网络负荷。

（二）生产信息管理网络VLAN规划

以太网采用载波监听技术、冲突检测的通讯传输方式。当数据量超过某一阀值或访问该节点的客户端数量较多时，生产信息管理网络的传输效率是较低的，通常即使发挥最大效率，在100M的以太网上，传输效率最多不会超过40%。通过划分VLAN通道，可以最有效的提高传输效率。在划分信息管理网络VLAN通道前，所有大量汇聚在同一广播域上的生产线关键工艺数据会不可避免的频繁发生冲突，严重影响信息网网络传输效率。采用VLAN通道划分技术，可以将改广播域进行分离，大大提高了传输效率及用户数采获取满意度。

四、总结

生产信息管理系统与企业MES/ERP系统交互生产数据时，对实时性要求较高的数据（如：关键工艺参数等）进行即时传输，对实时性要求不高的（例如：生产批次报告、SPC统计数据等）尽量分时分段进行传输，可有效降低制丝线生产网络访问的峰值压力。

参考文献：

[1]张天.烟草制丝线工业控制主干网络的优化策略.科学与技术，2015.