八钢二炼钢自动化系统网络组成及网络风暴故障的判断和处理

八钢二炼钢自动化系统网络组成及网络风暴故障的判断和处理0、前 言随着计算机和网络技术的发展，在工业控制领域中引入网络技术，可使现场控制与上层管理相结合以实现办公自动化与工业自动化的无缝结合；另一方面，也使得恶劣环境中的现场可通过网络传递成为可能。以前转炉炼钢现场基本采用人工炼钢，无技术数据共享，数据传送和炼钢指导均依靠人工进行，利用网络技术把一级基础自动化PLC控制系统和二级过程控制系统相结合，既节省了人力，也使得技术管理数据获得了共享，满足了现代化企业管理的需要。1、八钢二炼钢工艺概述所谓炼钢就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，在根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢。八一钢铁厂板带工程二炼钢项目，是为1750热轧项目的配套工程，最终设计生产能力为450480万t，根据炼钢工艺流程把炼钢作业分为4部分：1、冶炼前的铁水预处理工序：二炼钢有一个预处理工位，其中包括2个脱硫工位，作用就是在铁水进入炼钢炉冶炼前，除去其中的某些有害成分或提取其中某些有益成分的工艺过程。可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理。前者有铁水预脱硫，铁水预脱硅，铁水预脱磷；后者有铁水提钒，铁水提铌，铁水脱铬等。2、铁水冶炼：二炼钢有120T氧气顶吹转炉3个，转炉就是炉体可转动，用于吹炼钢的冶金炉。转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）转炉；按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉；按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。转炉炼钢主要是以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。3、钢水精炼：二炼钢建设有4座精炼炉，2个LF精炼炉，1个LAST精炼炉和1个RH精炼炉。钢水炉外精炼的作用就是将原来在转炉完成的部分精炼任务，移到炉外的钢包或专用容器中进行，以便更有效地获得优质、低耗和多品种的钢水。转炉、电炉中只承担溶化、去磷、脱硫和升温的任务，减轻了负担，技术经济指标显著改善。钢水炉外精炼的方法很多，大约有近30种。为实现炉外精炼任务，可采用钢包吹氩、真空处理、吹氧、加热和喷粉、喂丝等手段。根据不同的精炼目的，选择一种或几种精炼手段组合的精炼方法。4、钢水浇铸：二炼钢有4座板坯连铸机，作用就是将精炼后的钢水连续铸造成板坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。连铸自动化控制连铸机拉坯辊速度控制、结晶器振动频率的控制、定长切割控制等控制技术。1.1、炼钢工艺流程图：2、网络化的自动化控制系统2.1 项目概述八钢第二炼钢厂网络控制系统由两级系统组成，即过程控制级和基础自动化级组成。一级基础自动化级以美国罗克韦尔公司的AB logix5000 PLC为控制核心，现场总线为Profibus-DP。一级操作员站采用工业控制计算机通过以太网TCP/IP协议与PLC进行通讯，监控软件可选用INTOCH HMI监控软件，主要完成监控和数据采集功能，主要包括：流程图显示、控制过程组态、参数设定、数据记录、实时或历史趋势显示、报警及打印、操作方式切换等。按四个工段划分，分为预处理PLC工业以太网，转炉PLC工业以太网，精炼PLC工业以太网，连铸PLC工业以太网。二级过程控制系统由服务器、客户机、通讯前置机等构成，其中通讯前置机采用OPC通过以太网TCP/IP协议与PLC进行数据交换。除实现操作功能外，主要根据钢种、钢水成分、钢水温度等参数进行模型计算，并将计算结果送入PLC中自动控制加热时间、电弧强度、搅拌时间及强度、合金加料量、喂丝量等冶炼生产过程。二级网络控制系统利用CISCO 4506作为中心交换机，通过百兆以太网把各个工位的二级客户端和二级服务器连接到一起组成一个二级局域网。自动化控制系统的网络组成图如下所示：该自动化控制系统的主要设备包括：l 一级基础自动化部分：主要设备为AB系列PLC，由现场信号及控制信号传入PLC，再通过服务器或交换机完成和与L2的通讯。组成单元：1、1#、2#、3#转炉主体PLC2、1#、2#精炼炉主体PLC3、 RH炉主体PLC4、 1#、2#、3#、4#连铸机主体PLC5、 脱硫倒罐站主体PLCl 二级过程自动化级：该自动化控制系统的主要特点：全部生产设备运行均有自动化控制系统控制，冶炼过程可自动完成，自动化水平高；所有控制设备的数据传送均采用各种通信方式实现，网络成为该系统的重要组成部分；通信方式繁多，从低速的串行通信到中速的现场总线，乃至高速的快速以太网；3、 工业冗余环网协议原理说明本项目网络采用的是工业以太冗余环网，S u p r e m e -Ring 协议是在工业以太网使用的冗余机制，此协议和生成树协议有点相似，Supreme-Ring 协议也定义了一种数据包，称为HELLO 包，又称为WD 包（Watch Dog Packets）。交换机之间用HELLO 包通信，在主交换机上动态选择主链路和备份链路。是因为从中心桥到任何网段只有一个路径存在，所以桥回路被消除。在工业冗余环网网络环境里，交换机不会立即开始转发功能，主交换机(Local)由手动指定，选择主链路和备份链路建立一个指定路径，由S u -preme-Ring 协议自动指定。一个工业冗余环网网络里面只能有一个主交换机(Local)。主交换机(Local)会定期发送配置信息，这种配置信息将会被所有的从交换机（Remote）发送。一旦网络结构发生变化，网络状态将会重新配置。当指定主交换机(Local)之后，在转发数据包之前，所有端口都以阻塞方式启动。运用Supreme-Ring 算法，主交换机(Local)选择最低COST 值的端口作为主链路，另一条COST值高的端口作为备份链路。备份链路不转发数据，只接收和处理HELLO 包，处于热备（Hot Standby）状态。从交换机（Remote）没有主链路和备份链路的区别。Supreme-Ring协议是一种简洁高效的冗余协议，能够保证环网在链路故障时，在300ms 之内恢复网络通信。Supreme-Ring 的状态：运行Supreme-Ring 协议的交换机上的端口，总是处于下面四个状态中的一个：阻塞：所有端口以阻塞状态启动以防止回路，处于阻塞状态的端口不转发数据帧但可接受HELLO 包。热备：不转发数据帧，但学习MAC 地址表，在主链路故障时，在300ms 之内，立刻进入转发状态。转发：可以传送和接受数据数据帧。禁用：通常由于端口故障或交换机配置错误引起。4、主要网络故障：4.1什么是网络广播风暴网络广播风暴原意是指在桥接网中由于桥(或交换机)处理未知数据时采用复制并广播方式, 并在一个循环网络中会造成未知数据的雪崩复制, 形成风暴式广播数据扩散, 最终导致网络瘫痪，广播可以理解为一个人对在场的所有人说话。这样做的好处是通话效率高, 信息只需发送一遍就可以传递到网络中的所有计算机。但是, 即使没有用户人为地发送广播帧, 网络上也会出现一定数量的广播帧。需要注意的是, 广播不仅会占用大量的网络带宽, 而且还将占用计算机大量的CPU 处理时间。广播风暴就是网络长时间被大量的广播数据包所占用, 使正常的点对点通信无法正常进行, 其外在表现为网络速度奇慢无比, 甚至导致网络瘫痪。简单地说, 网络广播风暴就是大量广播报文形成风暴似的数据, 也就是指由于某种原因导致网络中会出现大量的数据无序传输占用带宽, 阻塞网络传输, 从而大大降低整个网络的通信性能。网络广播风暴是网上广播的一种消息, 该消息导致发送消息包与等待消息包形成死锁反映, 从而使得网络不能正常运行乃至最终瘫痪。每个死锁反映又导致更多死锁反映。严重的广播风暴可能封锁所有网络通讯, 导致网络灾难甚至全网瘫痪。一般集线器( HUB ) 的工作方式是广播式。比如: 一台主机要向另一台主机发送文件, HUB 会把这些信息发送到每个端口, 由网卡来决定是否接收,这就是广播。而交换机是端口到端口式, 广播的作用主要是确定其它主机的位置和联系。4.2网络产生广播风暴的原因.通过对以上网络设备的了解，我们就可以简单分析出来，网络产生广播风暴的原因了。一般情况下，产生网络广播风暴的原因，主要有以下几种： 1、网络设备原因：我们经常会有这样一个误区，交换机是点对点转发，不会产生广播风暴。在我们购买网络设置时，购买的交换机，通常是智能型的Hub，却被奸商当做交换机来卖。这样，在网络稍微繁忙的时候，肯定会产生广播风暴了。 2、网卡损坏：如果网络机器的网卡损坏，也同样会产生广播风暴。损坏的网卡，不停向交换机发送大量的数据包，产生了大量无用的数据包，产生了广播风暴。由于网卡物理损坏引起的广播风暴，故障比较难排除，由于损坏的网卡一般还能上网，我们一般借用Sniffer局域网管理软件，查看网络数据流量，来判断故障点的位置。 3、网络环路：曾经在一次的网络故障排除中，发现一个很可笑的错误，一条双绞线，两端插在同一个交换机的不同端口上，导致了网络性能急骤下降，打开网页都非常困难。这种故障，就是典型的网络环路。网络环路的产生，一般是由于一条物理网络线路的两端，同时接在了一台网络设备中。 4、网络病毒：目前，一些比较流行的网络病毒，Funlove、震荡波、RPC等病毒，一旦有机器中毒后，会立即通过网络进行传播。网络病毒的传播，就会损耗大量的网络带宽，引起网络堵塞，引起广播风暴。 5、黑客软件的使用：目前，一些上网者，经常利用网络执法官、网络剪刀手等黑客软件，对网吧的内部网络进行攻击，由于这些软件的使用，网络也可能会引起广播风暴4.3网络广播风暴的应对措施4.3. 1 用仪器排查在交换机上接入一台网络测试仪FLUKE 683 进行测试, 如果数据显示基本正常, 通知所有用户恢复工作。大约半小时后问题重新出现, 此时测试仪结果: 网络平均流量为75% 94%, 明显偏高。碰撞率为12. 3% 14. 2%, 广播为56% 89%, 错误为5% 7% 。一般来说, 网络的正常流量在0. 7% 8%之间波动, 显然是大量的非法数据帧占了大量的带宽, 测试仪显示的非法数据帧主要是广播帧。为了查清其中原因, 启动测试仪的. E rror S tatistic 功能, 结果显示, 错误类型为超长帧、帧不全、FCS帧等, 并显示错误来源是一台MAC 地址为0050BAA 7493F的工作站。通过F683的. Top Sender 测试, 显示广播帧来源也是该工作站。4.3.2 人工逐级排查如果网络建网较早, 没有完整的网络档案, 无法得知该工作站的物理位置, 只好逐个断开集线器的连接, 再在该扩展网段通过人工逐个查找到该台工作站后, 将其关闭。几分钟后, 网络恢复正常。为确定是否是该工作站的问题, 重新开机加入网络服务, 约20m in后网络速度变慢, 应用程序响应明显有滞后感, 测试仪显示出现较多的非法帧。再次关闭该工作站片刻后, 测试仪显示网络参数恢复正常。最终, 可以确认网络故障是由该工作站引起的。4.3.3 杀毒软件的使用可以采用一些知名的杀毒软件, 检查网络病毒, 跟踪相关信息。在排除了病毒向网络疯狂发送数据包的可能后, 可以认为这是典型的由广播风暴导致的网络瘫痪。广播风暴爆发后, 网络中传输的全部是广播包, 计算机处理的也全部都是广播包, 正常的数据包无法得到转发和处理。拔掉网线或关掉交换机后, 广播风暴得到扼制, 从而恢复正常通讯。特别注意的是, 要定期打补丁和升级。4.3.4 采用相关的局域网管理软件由于网卡物理损坏引起的广播风暴, 故障比较难排除。由于损坏的网卡一般还能上网, 我们一般借用Sniffer局域网管理软件, 查看网络数据流量, 来判断故障点的位置。4.4、 网络广播风暴的预防4.4.1 正确处理接线关系首先, 必须要用网线和水晶头以及正确的做线方法。如果大家有在以太网内复制大文件的经验, 就会发现一些奇怪的现象。同样的文件在不同的计算机间复制都会出现复制时间的不同, 就算是同两台机器换用不同的线时间也会相差很多, 当然除了网线的原因外, 还有计算机中的很多因素会影响你的测试数据, 最垃圾的网线在复制过程中会提示.网络资源不可用 。仅仅用好线和好头是不够的。其实做线的方法除了要用标准的接法, 双绞线的完全不绞合长度是影响一条线的重要指标。正确的标准是双绞线不绞合长度不能超过1. 3cm! 还有, 如果没有电气干扰请千万不要用带屏蔽功能的水晶头。4.4.2、划分VLAN 划分VLAN的方式将网络分隔开来, 将大的广播域划分为若干个小的广播域, 以减小广播风暴可能造成的危害。为使同一个交换机上的所有端口能够属于不同的网络, 以达到节约资金, 同时又阻止网络之间互相通讯, 产生很好的安全性的效果,需要注意的是, 交换机只能隔离碰撞域, 而不能隔离广播域。事实上, 当广播包的数量占到通讯总量的30%时, 网络的传输效率就会明显下降。4.4.3 内网结构的处理内网的结构中不要有环路, 因为它会造成每一帧都在网络中重复广播, 引起广播风暴。要消除这种网络循环连接带来的网络广播风暴, 可以使用STP协议。另外, 以后我们在做比较大型的网络时, 一定要建立详细的档案, 包括网络布线图、IP 及MAC 对应表等, 并在网线上套数码管。最后, 还要注意网络交换机分布结构要遵守.五四三 规则。所谓的.五四三 规则是, 5个网段( SEGMENT): 所谓SEGMENT就在物理连接上直接相邻而没有经过REPEATER 或BR IDGE 的一组计5、故障实例：5.1、2012年脱硫站网络瘫痪故障：故障现象：点检检修完成时，把交换机各端口的网线进行了拆除，恢复时错误的把