（1山东电力建设第三工程有限公司 山东青岛 266100；2青岛颐杰鸿利科技有限公司 山东青岛 266100）
摘要：以某塔式光热电站镜场控制网络为研究对象，通过对调试过程中“丢包”现象的分析，并对网络结构进行优化调整，测试了网络结构优化前后的通讯数据传输性能。文章对分析和调整优化过程及结果进行全面的阐述和总结。
关键词：现场总线；工业以太网；网络结构优化；通讯协议
1.引言
随着工控技术和光热技术的发展，PROFINET网络逐渐应用于光热镜场的控制。西门子主导推行的PROFINET总线是PROFIBUS国际组织推出的新一代基于工业以太网技术的自动化工业总线技术标准，其完全兼容工业以太网和PROFIBUS现场总线，是基于PROFIBUS_DP总线多年来的成功应用经验，并将常用的用户操作与以太网技术相结合的新一代现场总线，可为自动化设备之间的通信提供多拓扑类型的连接结构。是最能够体现出来系统“一网到底”的特点。
2.正文
2.1 PROFINET总线特点
PROFINET是一种基于工业以太网的实时现场总线技术，采用TCP/IP和IT标准码，是一种实时以太网，可以和现场总线系统无缝集成。对于PROFINET，由于它提供了与各种现场总线的开放接口，这就允许所有总线的解决方案容易集成到 PROFINET系统中。通过PROFINET，分布式现场设备可直接连接到工业以太网；并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间，典型的响应时间在10ms的数量级，完全满足现场级的使用；同时在网络中可以运行任意数量的控制器，并不会影响 I/O 的响应时间。有利于实现集中控制，适合通过分散控制实现整体控制的系统。
PROFINET实时通信分为使用实时（RT）的和使用同步实时（IRT）的。使用RT的PROFINET适用于工厂自动化中高实时性要求的应用，以及实现大量设备或子系统连接通信；使用IRT的PROFINET尤其适用于大量设备的I/O用户数据通信（生产数据）的高确定性要求和高性能要求，以及通过同一根电缆进行的生产数据和TCP/IP数据的并行传输。
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通过以上性能对比，可以看出 PROFINET 总线具有用户数据传输量更大、传输速率更快、循环响应时间更短、维护及诊断更方便等优点。
2.2 PROFINET工业以太网在镜场控制系统的应用
本文以国内某光热电站为例，详细介绍PROFINET网络的实际应用。
该塔式光热电站镜场控制系统采用了兼容现场PROFINET总线控制系统的DCS系统，实现了控制功能下移至现场层，控制逻辑在现场LOC柜的PLC完成，使DCS的多层网络被扁平化。现场LOC柜，采用西门子公司S7-1200系列PLC，该系列PLC除了支持传统的总线通讯技术之外，也同时支持 PROFINET工业以太网总线，现场PLC通过PROFINET技术组成镜场控制网络，与采用西门子DCS中T3000系列平台构建上层控制网络组成整个镜场控制系统，与现场定日镜就地LOC箱控制系统中PLC数据交换，通过西门子专用通讯协议S7协议进行数据包的传输。
根据光热电站镜场控制系统的特点，需要大量的PLC对大量的定日镜进行控制，并且每面定日镜独立运行。为了实现大量定日镜的集中控制，将总控系统的结构设计成一个总控DCS控制着多个分散的PLC。因此，选用PROFINET工业以太网总线能很好的满足要求。
本项目将控制系统分成现场控制层、物理通讯层、应用层及管理层。其中：现场层用于控制镜场定日镜，由大量的分散LOC箱中PLC对定日镜进行控制，定日镜的控制程序及追日算法程序安装在就地PLC；镜场能量的管理算法程序在Aiming Server服务器（安装在电子设备间），根据吸热器对于能量的需求，以及吸热器对于能量的分布要求，进行能量运算，并对定日镜进行成组控制；应用层用于镜场的监控和操作，以及操作指令的下达、历史数据、各类报表的管理；管理层用于厂级监控，供领导层决策。
2.3 镜场控制系统网络传输性能测试
1）镜场控制系统网络结构优化
原设计网络架构：镜场分为6个扇形区域，每个扇区设置4对互为冗余的控制器，再通过一对互为冗余的三层网络交换机接入主干网，整个镜场区域的六对三层网络交换机与控制室的一对三层网络交换机构成环网，每个扇区配置的4对控制器通过本扇区的三层网络交换机接入主干网，并且与三层网络交换机设置为同一网段，这就造成了控制器间访问数据必须要访问主干网，再去访问备用控制器，带来网络拥塞的隐患。
优化后网络结构：镜场每个扇区的LOC环和本扇区4对控制器组成局域网，各扇区的局域网分别设置为不同的网段，再通过本扇区配置的两台三层网络交换机与主干网通讯，避免了无效的数据交换，提高了网络利用效率。
2）镜场网路结构优化前的测试情况
在镜场调试的初期，投入的定日镜较少，且在同一个扇区，未能发现问题。随着投入定日镜数量和区域的增多，服务器与控制器通讯数据交换量增加，多次出现定日镜不动作或动作延迟现象。
利用系统Ping指令测试网络结构优化前网络通讯延迟，发现网络延迟在200ms左右，同时存在通讯延迟和丢包现象。这种现象，主要是由于网络链路分组数据交换过程中分组数据排队或缓存不足造成的。经过测试访问路径发现：要访问镜场某一定日镜时，存在必须先访问主干网交换机，再返回去访问本镜场的相互冗余的两个交换机，再去访问要找的定日镜，造成访问链路上数据量大且访问冲突，表现出来就是通讯延迟严重和部分数据包丢失。同一镜场内的控制器相互访问，也必须先访问主干网，再访问控制器，造成大量无效数据交换，造成网络拥塞。
3）镜场网路结构优化后的测试情况
通过优化网络结构，把每个扇区和控制室的控制器设置为单独的局域网，设置为不同的网段，再通过本扇区的三层网络交换机与主干网连接。这样单个镜场内的控制器间相互访问就不再同主干网交换数据，有效降低了网络数据量，降低了网络时延，避免了丢包现象的发生。
3.结语
镜场控制系统需要控制的定日镜数量庞大，对于数据的采集和传输提出了较高的要求。本文结合光热电站的实际情况，优化了控制系统网络结构，并对比了优化前后的网络性能，得出基于PROFINET工业以太网总线构建的网络传输性能良好，未出现数据传输中网络拥塞的现象，满足镜场控制系统大量数据采集和传输的要求，可以推广应用。
参考文献：
[1] 王斌，曲杰，张国旭，等.PROFINET总线技术在西门子TIA博图软件中的应用。数控，2015，50（6）.
[2] 杜正峰.PROFINET与PROFIBUS 两种总线技术应用分析[J].重庆与世界.学术版，2013，30（12）.
[3] 李旭，陈在平.基于 PROFINET 的实时通讯技术分析[J].天津理工大学报，2010，26（2）.