機(jī)床PLC數(shù)據(jù)采集及條碼識(shí)別打印網(wǎng)絡(luò)集成方案

本文為東土電信技術(shù)有限公司基于機(jī)床PLC數(shù)據(jù)采集及條碼識(shí)別打印網(wǎng)絡(luò)集成的解決方案。

工程簡(jiǎn)介
機(jī)床PLC數(shù)據(jù)采集及條碼識(shí)別打印網(wǎng)絡(luò)集成工程，客戶有3000余套機(jī)床，機(jī)床的自動(dòng)控制主要通過PLC實(shí)現(xiàn)，每臺(tái)機(jī)床的控制分別由單個(gè)的PLC控制。PLC使用產(chǎn)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(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

客戶需求
客戶需要將這3000余套機(jī)床的PLC中某些寄存器中數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)包含機(jī)床號(hào)，生產(chǎn)人員工號(hào)，生產(chǎn)日期，產(chǎn)品的長(zhǎng)度等。）讀出并定期生成報(bào)表提送到某幾個(gè)管理部門，便于日常生產(chǎn)的管理。第一套工序中機(jī)床生產(chǎn)完產(chǎn)品后打印條形碼（條形碼數(shù)據(jù)包含機(jī)床號(hào)，生產(chǎn)人員工號(hào)，生產(chǎn)日期，產(chǎn)品的長(zhǎng)度，產(chǎn)品的彈性度等。），并將信息讀入產(chǎn)品管理系統(tǒng)。下一套工序機(jī)床用條形碼識(shí)別器讀出上個(gè)工序的條形碼數(shù)據(jù)，并綜合打印出這套工序產(chǎn)品的條形碼。最后的產(chǎn)品條形碼作為完整的產(chǎn)品條形碼數(shù)據(jù)進(jìn)入產(chǎn)品管理系統(tǒng)中。

網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)
從傳輸距離和覆蓋范圍來看，該通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)屬于工業(yè)級(jí)廠區(qū)生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)。主要功能包括：信號(hào)采集、自動(dòng)控制、信息管理等基本生產(chǎn)業(yè)務(wù)。以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，而該通信網(wǎng)絡(luò)所支持的業(yè)務(wù)則包括實(shí)時(shí)圖像、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及IP數(shù)據(jù)等，是一個(gè)全業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。

從以上兩點(diǎn)來看，該網(wǎng)絡(luò)更接近于城域網(wǎng)。根據(jù)IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的最初定義，城域網(wǎng)（MAN）是以光纖為通信媒體，能提供高速率（大于45Mbit/s），支持?jǐn)?shù)據(jù)、話音和圖形的綜合業(yè)務(wù)傳輸，在跨度為50km—150km的城市覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速/寬帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)?？梢钥闯觯瑱C(jī)床PLC數(shù)據(jù)采集及條碼識(shí)別打印網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)僅在覆蓋范圍上小于城域網(wǎng)。由于工程的特點(diǎn)決定了其通信系統(tǒng)適宜采用自建光纜的形式組建專用網(wǎng)絡(luò)，因而，在廠區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)可以用雙絞線組成冗余度較高的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。

因此，可以將該通信網(wǎng)看作是一個(gè)廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)，以承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，但又對(duì)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性有較高要求的專用多業(yè)務(wù)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
機(jī)床PLC數(shù)據(jù)采集及條碼識(shí)別打印網(wǎng)絡(luò)作為多種業(yè)務(wù)的傳輸與交換平臺(tái)，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制及其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信號(hào)的匯接和傳輸任務(wù)。從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，整個(gè)網(wǎng)路是環(huán)型結(jié)構(gòu)互連的準(zhǔn)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖所示。其中，控制中心是由七臺(tái)KIEN6000-2S組成的冗余環(huán)網(wǎng)，作為網(wǎng)絡(luò)的核心層；分別采用單模光纜與七個(gè)廠區(qū)各骨干節(jié)點(diǎn)相連接；使用雙光纖備份鏈路，每個(gè)廠區(qū)都有一個(gè)KIEN 6000-2S和16個(gè)KIEN 1000–8TX組成的100M/S冗余工業(yè)環(huán)網(wǎng)，使用雙絞線連接成環(huán)網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)分析
以太網(wǎng)的方案是基于二層交換傳輸方案。采用以太網(wǎng)作為交換傳輸和接入平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)十分明顯。其一是巨大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，以及目前所有流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用也都與以太網(wǎng)兼容；其二，以太網(wǎng)性能價(jià)格比好，初始成本和運(yùn)營(yíng)成本均較低；另外，以太網(wǎng)的擴(kuò)展性好，容易安裝開通，并且可靠性較高。以太網(wǎng)接入采用異步工作方式，很適合于處理IP突發(fā)數(shù)據(jù)流。目前以太網(wǎng)從共享媒質(zhì)轉(zhuǎn)向全雙工LAN交換后，在相當(dāng)程度上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)間的信息隔離，消除了鏈路帶寬的競(jìng)爭(zhēng)和潛在的碰撞機(jī)會(huì)，同時(shí)使以太網(wǎng)的傳輸距離也大大地得到擴(kuò)展。

近來，以太網(wǎng)已逐漸向城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)擴(kuò)展。從技術(shù)上看，以太網(wǎng)是一種很簡(jiǎn)單的解決方案，只需要最少量的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和測(cè)試工作，應(yīng)用多年，為用戶所熟悉，業(yè)務(wù)指配時(shí)間可以減少到幾個(gè)小時(shí)或幾天；其次，以太網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，互換互操作性好，具有廣泛的軟硬件支持，成本低。有人預(yù)測(cè)，在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上，以太網(wǎng)成本可能SDH和ATM的25%和10%；最后，以太網(wǎng)是與媒體無關(guān)的承載技術(shù)，可以透明地與銅線對(duì)、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(jié)構(gòu)上看，以太網(wǎng)正以前所未有的端到端解決方案面目出現(xiàn)，消去了其他解決方案所必不可少的網(wǎng)絡(luò)邊界處的格式變換，減少了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。同時(shí)，以太網(wǎng)是具有很好擴(kuò)展性的解決方案，其速率可以從10Mbits/s、100Mbits/s、1Gbits/s一直擴(kuò)展到10Gbit/s。從管理上看，由于同樣的系統(tǒng)可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層面上，因此，網(wǎng)絡(luò)管理可以大大簡(jiǎn)化。

方案
綜上所述，我們選用東土電信公司的兩層交換工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)KIEN6000-2S和KIEN 1000-8TX，組成環(huán)型網(wǎng)絡(luò)與星型相結(jié)合。

根據(jù)光纜的鋪設(shè)情況，此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在每個(gè)廠區(qū)MOUDBUS轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊、CCM協(xié)議或無協(xié)議通訊轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊分別接到廠區(qū)內(nèi)的工業(yè)冗余環(huán)網(wǎng)上，相關(guān)的控制計(jì)算機(jī)、控制器等分別連接到冗余環(huán)網(wǎng)上。工廠內(nèi)部的冗余環(huán)網(wǎng)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(gè)雙絞線冗余環(huán)網(wǎng)，切換時(shí)間為300MS，然后通過KIEN6000-2S的兩個(gè)光口以冗余的方式與控制中心的一臺(tái)KIEN 6000-2S相連，控制中心采用七臺(tái)KIEN 6000-2S形成的冗余環(huán)網(wǎng)，他們之間也是用雙絞線連接成環(huán)，使用KIEN 6000-2S的1#、2#口即可。每個(gè)KIEN6000-2S的兩對(duì)光纖口分別用來連接七個(gè)廠區(qū)環(huán)網(wǎng)，在局端監(jiān)控中心到每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)之間單根纖斷裂時(shí)，可自動(dòng)切換到備用通道實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的不間斷傳輸。雙電源的冗余備份、光口/電口自動(dòng)故障保報(bào)警都顯示了在工業(yè)場(chǎng)合上其他交換機(jī)所不能達(dá)到的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)。使用強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)管理功能對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行管理。