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摘要：在企業生產控制過程中，工業以太網以其使用方便、運行可靠、高速通訊等特點，正在越來越多地被應用在工業控制系統中。邯鋼三煉鋼廠轉爐計算機網絡系統采用環形快速以太網，不但給日常的計算機設備維護工作帶來便捷，也推進了三煉鋼廠信息化建設工作的進程。

關鍵詞：工業以太網、網絡協議、現場總線、網絡安全

一、概述

邯鋼三煉鋼廠共有4座120t轉爐，轉爐控制系統采用美國RockwellAutomation公司的Controllogix系統產品，轉爐網絡系統采用工業以太網環形拓撲結構，每座轉爐各套PLC單獨組成一個小環，4個小環和公用的上料系統、風機公用系統、二次除塵系統組成一個大環網絡，在整個網絡中共有27套PLC、26臺上位機，數據交換頻繁且實時更新。該網絡不僅要提供PLC數據供操作人員查看操作，而且要求基礎PLC數據準確實時提供給二級計算機，保證鋼水的參數準確歸檔；在產品質量出現問題時，能跟蹤到冶煉時間和參數，便于分析問題的原因和劃分責任，為提高產品質量提供數據保證。因此，轉爐網絡系統是整個三煉鋼的骨干系統，網絡質量的優劣、穩定性、實時性將直接影響鋼水質量和經濟效益。

二、轉爐工業以太網網絡結構特點

（一）轉爐工業以太網的組成

三煉鋼廠轉爐控制系統網絡結構分布圖如下：轉爐網絡控制系統為環形網絡拓撲結構，任何一個站點發出數據請求，系統都能迅速把數據傳遞到其他站點。該網絡結構簡單實用，僅使用3臺交換機就可以形成小環網，小環網掛到大環網上，當其中一個網絡分支發生故障時，環網斷開，交換機實現自動調整環網，把網絡轉換成總線型網絡結構，避免數據傳輸中斷。同時為滿足和風機一次除塵數據交換，采用光纖技術，達到遠距離傳輸的目的?？刂葡到y的主干網使用環形快速以太網通信，通信介質使用光纖,網絡中的PLC系統、監控用的上位機以及用來修改程序的工程師站通過工業以太網中配置的交換機聯接成環。網絡中的交換機全部為臺灣MOXA公司的8端口工業級EDS-408A交換機，該系列交換機配備有2個百兆級多模光纖接口和6個百兆以太網絡連接電端口，實現數據傳輸和多種實時網管功能。設計時統一分配交換機IP地址并利用軟件設置，確定大環網中的主交換機作為管理者，負責對各交換機分配數據流。交換機的通訊協議為MOXA公司自主開發的TurboRing2冗余協議，實現最優化的通信冗余功能和保證故障時網絡最快的恢復時間。對大環網上的所有交換機按照port7為進線、port8為出線的原則，對每個端口的TX端和RX端做標記并接線，保證網絡數據順序，減少網絡風暴爆發的幾率。MOXA工業以太網交換機的使用保證了數據能夠在鏈路上順利傳輸。主干光纖上的7臺交換機分別放在三個交換機柜中，其中在1#PLC室的交換機柜中連接有1#轉爐、2#轉爐以及轉爐上料控制系統的設備，共7套PLC和1臺工程師站以及轉爐主控室中的上位機，這7套PLC系統為羅克韋爾AB公司的Controllogix系統產品，CPU模板型號為1756-L55M/62，通過以太網模板1756-ENBT/R接入環網中。工程師站直接連接到大環網交換機上方便查看任何節點程序和監控畫面，工程師站裝有羅克韋爾公司的REVIEW32監控軟件、RSLINX組態軟件和LOGIX5000編程軟件，可實時監視轉爐的運行狀況和參數。放置在2#PLC室的交換機柜，連接有3#、4#轉爐控制系統的設備共6套PLC和1臺工程師站，6套PLC同樣全部采用Allen-Bradley公司的Controllogix系統產品，CPU模塊為1756-L55M/62系列產品，通過以太網模板1756-ENBT/R連接入環網。工程師站直接連接到大環網交換機，通過REVIEW32監控軟件、RSLINX和LOGIX5000編程軟件監控轉爐的生產狀況和修改控制程序。每個主控室安放一臺交換機，所有上位機通過此交換機與PLC通信形成小環網，上位機用于監控過程參數，操作煉鋼生產等。下渣檢測、聲納化渣等系統的數據也通過該交換機從PLC中讀取。在風機房的交換機柜中連接有4套PLC和4臺上位機用來檢測和操作風機公用系統以及二次除塵設備，PLC系統全部采用Allen-Bradley公司的SLC500系列，CPU模板型號為1747-L55系列，帶有以太網接口，可直接接入以太網。

（二）ControlNet現場總線

在邯鋼三煉鋼轉爐網絡系統中，每座轉爐控制系統由原網絡技術在邯鋼轉爐系統的應用張建國料PLC、儀表PLC和氧槍PLC共三套PLC以及其他外圍設備PLC組成，每套PLC的主機架和從機架之間采用羅克韋爾公司提供的ControlNet現場總線方式通信，各PLC之間采用生產者/消費者標簽,采用隱性令牌的傳遞方法,使每座轉爐的三套PLC系統可以實時交換數據。ControlNet現場總線具體優越性表現在：（1）保證了系統的實時性和穩定性；（2）物理介質采用同軸電纜，成本較低；（3）對于數字量和模擬量連續過程控制應用場合，均具有確定性和可重復性；（4）兼容現有成熟的PLC控制系統。

（三）網絡系統的特點

采用了工業以太網和現場總線，三煉鋼廠的轉爐網絡系統具有以下特點。1.可靠性與穩定性。由于普通交換機無法使用于煉鋼廠惡劣的現場環境中，因此，現場采用了臺灣Moxa公司的MOXAEtherDeviceServer（工業以太網設備服務器），這種連接工業應用中具有以太網絡接口的工業交換機設備，保證了煉鋼生產過程中網絡的穩定性。2.通信實時性與確定性。轉爐網絡控制必須滿足控制作用的實時性，確保信號傳輸及時準確。通信速率達到百兆級，減輕了網絡負荷，減少傳輸延時，全雙工通信使得端口間分別同時接收和發送報文幀，大大提高通信實時性。3.以太網協議?？刂葡到y采用以太網協議，不僅完成了交換機間的數據傳輸，而且實現借助該網絡完成操作控制的功能，由多個網絡節點協調完成自控任務。利用交換機實現環網中設備間的點對點通信，采用TCP/IP協議組標準的以太網技術實現網絡通訊。采用以太網和現場總線技術相結合的網絡方式使轉爐網絡系統的穩定性和實時性得到了保證，技術含量相比以前有了質的飛躍。

三、網絡設計和安全

在我們進行網絡設計時，必須考慮到計算機網絡安全問題。影響轉爐控制系統網絡安全的主要因素有以下方面。

（一）網絡系統設備問題

在邯鋼三煉鋼廠，4座轉爐及外圍設備的網絡系統聯成一體。不同型號的PLC設備和主機網卡容易導致網絡不穩定，缺乏安全策略，所以針對這些因素，網絡內使用同型號設備，減少不同型號PLC存取數據速度對網絡造成的影響。同時，更換所有上位機所使用的網卡，同型號的網卡也保證了網絡的穩定。充分利用好防火墻，做好防火墻內客戶端的各種規則配置，以防止網絡中的不安全因素滲透到網絡中。

（二）網絡內部用戶的問題

網絡內部用戶的安全隱患是構成網絡安全的另一個因素，比如：如果系統IP地址設置錯誤，很容易造成網絡堵塞；操作人員隨意更改計算機設置、操作口令的泄漏、機密文件被人盜取、黑客入侵等，都可能使網絡安全受到極大考驗。人為因素的安全漏洞是整個網絡安全的最大隱患。為避免以上情況的發生，在網絡實施時，對每臺上位機都固定設置IP地址，保證不出現重復的IP地址，避免網絡阻塞。設置控制權限、操作畫面退出口令和計算機重新啟動后自動運行畫面，保證網絡資源不被非法使用和訪問。

（三）網絡系統安全性的錯誤認知

在網絡系統建成初期，由于我們沒有接觸過網絡安全性的評估，錯誤地對網絡系統的安全性盲目樂觀，造成多次故障。在對轉爐網絡系統安全狀況進行科學、準確的評估、分析后，對發現的問題進行整改從而提高了網絡系統安全性能。針對網絡病毒，我們新增設一臺服務器，采用實時優化操作系統配置和對漏洞打補丁等各種方式，最大限度地消除安全隱患和彌補最新的安全漏洞。同時在轉爐服務器上安裝了正版的殺毒軟件，采用離線包方式讓服務器可以實時升級病毒庫，給整個網絡中各上位機提供病毒信息，保證各上位機病毒庫及時更新，減少網絡病毒的入侵，為網絡安全、穩定運行提供了技術支持。

（四）網絡發生安全事故時的補救措施

對數據庫的及時備份，是我們保證網絡數據完整和安全的重要措施。當網絡故障發生時，檢查網絡上所有設備確保運行正常（如SLC500系列CPU不具備自啟動功能、需重新手動啟動、上位機死機等），造成程序丟失或畫面故障時，利用備份數據及時恢復，可減少故障時間。數據備份有三種方法：只備份程序和畫面、備份數據庫和日志、增量備份。另外，區別于個人電腦的操作系統，PLC系統是工業部門專門用來實現控制功能的編程系統，嚴格控制與外網的連接機會，減少會感染計算機病毒幾率，也可以避免網絡系統中產生計算機病毒。

四、結論

隨著工業以太網技術的發展，以太網技術在企業生產控制系統中得到廣泛應用。網絡技術在邯鋼轉爐控制系統中的應用，在給轉爐生產帶來便捷的同時，也促進了三煉鋼信息化建設工作的進程。羅克韋爾公司提供的ControlNet現場總線，在基本不增加成本的前提下，保證了系統的實時性和確定性，使每座轉爐的三套PLC系統可以實時交換數據，為智能制造的全面推廣和“大數據”的實施提供了最基礎和準確的數據。以太網和現場總線結合使用的網絡技術，使邯鋼煉鋼自動化控制系統的科技含量有了質的飛躍，為邯鋼的精細化管理奠定了扎實的基礎。

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作者:張建國 單位:邯鋼自動化部