限制冶金厂生产的不是起重机或堆垛机的规模、品牌或型号。’’ 相反，关键在于该设备在恶劣条件下与控制系统保持连接的能力。’
失去连接的后果很严重：当关键机器无法与控制室保持连接时，风险不仅限于停机，还包括货物掉落、资产损坏和工人受伤。’’—
随着工厂向自动化程度更高的运营模式发展，连接机器、PLC 和控制室的无线网络变得与设备本身一样重要。 这种转变暴露了传统有线和无线方法的局限性，为基于 PRP 的工业无线技术提供了强有力的论据，该技术能够保持实时控制，并确保生产和人员安全。——
冶金无线网络必须提供高性能
工业无线网络实现了设备与控制中心之间的重要连接，支持自动化操作中的实时控制、状态反馈和安全监控。
为了满足这些需求，冶金厂的无线网络必须能够可靠地将来自机器控制系统的 PLC 和 CCTV 视频数据传输到主机和控制室，并符合不同的传输要求。’
PLC 控制数据
传输 PLC 控制数据时需要高稳定性和低延迟，以保证设备运行的准确性和安全性：
- 丢包率小于 1（连续丢包不超过两次）‰
- 最大传输延迟小于 50 毫秒
闭路电视视频数据
必须确保图像清晰和数据传输实时，为远程监控和决策提供可靠的视觉支持：
- 无丢帧或卡顿
- 最大传输延迟小于 50 毫秒
为什么传统网络在冶金厂中无法满足需求
传统的有线和无线网络解决方案难以满足冶金作业对稳定性和效率的双重要求。
随着设备尺寸和移动性的不断扩大，传统方法越来越不适用于这些严酷、高度动态的环境，原因有二。
1. 有线系统会导致故障增加和维护需求上升。
斗轮挖掘机、堆取料机通常使用光电复合电缆系统（一种有线解决方案，电缆会随着设备的移动而伸缩）。
但这可能会引发几个问题。
- 严重的机械磨损：长期摩擦和弯曲会导致电缆断裂。 例如，由于桥式起重机的电缆在重载下不断运动和反复弯曲，其更换周期可能短至三到六个月。
- 维护成本高：更换电缆需要停机。 单次维护需要四到八个小时，这会影响生产计划。
- 成本大幅增加：一根光电复合电缆的成本可能高达数千美元。 再加上频繁更换，长期成本远高于无线解决方案。
2. 传统工业无线技术存在关键缺陷
虽然点对点、漫游和 5G 无线解决方案通过消除电缆物理跟随移动设备的需求解决了 “有线拖拽” 问题，但它们也带来了新的挑战。 例如，在处理冶金厂的极端环境和严格的数据传输要求方面，它们仍然有所欠缺。
单点故障会威胁生产安全
典型的无线解决方案依赖于单一的传输链路。 如果发生故障，可能会导致设备失控（例如桥式起重机紧急停止）或造成安全事故（例如钢卷掉落）。
什么原因会导致无线连接故障？ 主要罪魁祸首包括：
- 硬件问题：高温或振动会损坏交换机、光模块、网线或其他设备。
- 环境干扰：金属粉尘会阻挡信号，高温会导致设备老化速度加快，机械振动会导致接口松动。
- 无线冲突：工厂内的其他无线应用，如车辆通行、便携式数据终端和设备监控，会占用信道并造成信号干扰。
严格的可靠性和延迟要求
冶金厂的工业通信协议（如 PROFINET、PROFIBUS 和 PROFIsafe）对实时性有严格的要求。 由于诸多原因，传统的无线解决方案无法支持这种性能水平。’
- 不可靠的视线路径点对点工业无线传输容易受到障碍物干扰，信号中断时丢包率会急剧上升。
- 过长的交接延迟漫游解决方案切换延迟达到 100 毫秒至 300 毫秒，远远超过 50 毫秒的阈值。
- 不稳定的无线电环境：5G 工业协议兼容性较弱，在金属密度高的区域容易发生信号反射衰减，导致延迟波动。’
在工业环境中使用商用级设备
为了降低成本，一些冶金厂使用商用级无线设备。 本设备并非设计用于在高温、振动或多尘环境下运行。’ 虽然短期内可能有效，但消费级设备会带来严重的长期风险。
例如，在温度高于 60 摄氏度（140 华氏度）的环境中，设备的寿命会缩短至仅几个月。 灰尘会导致短路，进而引发连锁故障。
PRP 无线技术非常适合冶金厂。
并行冗余协议（PRP）已成为帮助冶金行业解决无线网络挑战的关键技术。 它采用独特的双链路热备机制，解决了许多传统解决方案的痛点。
它的核心优势在于能够通过两条物理链路保持并行传输，无需交换即可实现零丢包和零延迟冗余。
PRP 在实践中的运作方式
传统的冗余协议，例如 STP 环协议，采用“故障后切换”模型，即只有在检测到故障后才会将流量重定向到备用链路，从而引入延迟。
相比之下，PRP 使用“双活动链路与首达选择”模型，其中两条链路同时承载相同的流量。 使用最早到达的数据包，丢弃重复的数据包。
冶金厂的 PRP 网络功能
PRP 技术 符合 IEC 62439 国际标准，该标准定义了任务关键型工业以太网的零恢复时间冗余。 它的设计目的是即使在链路或设备发生故障时也能保持通信畅通。
这种基于标准的基础实现了冶金厂最重要的核心功能。
- 零恢复延迟当一条链路发生故障时，另一条链路会立即承载数据，不会出现丢包或中断，满足 PLC 和视频数据的延迟要求。
- 二层透明兼容性PRP 在第 2 层实现，无需更改应用层软件，即可无缝承载 PROFINET 和 PROFIBUS 等工业协议。
- 灵活的拓扑适应：支持任何网络拓扑结构，包括星型、链型和环型，能够适应冶金厂复杂的设备分布。
- 双链路独立部署：这两个链路在物理上或逻辑上是隔离的（不同的频段、路径、安装位置等），以防止单个故障或障碍物同时影响两个链路。
PRP 对冶金作业的影响
在日常运营中，PRP 网络提供了明显的稳定性、安全性和成本效益。
- 更好的网络稳定性：双链路热备从根本上消除了单点故障，使数据包丢失率低于 0.1‰，并将持续丢包的风险降至接近于零。
- 环境适应性：双链路物理隔离避免了灰尘、高温和金属障碍物的集中影响。
- 生产安全改进：防止因网络故障导致设备失控，减少安全事故。
- 长期成本优化：减少维护频率和停机时间。 虽然初始部署成本高于单链路解决方案，但整个生命周期成本降低了 30% 以上。
贝尔登帮助冶金厂升级其无线网络
Belden 的工业网络专家团队基于 PRP 协议为冶金行业开发了一套完整的连接解决方案，该方案已在国内许多钢铁厂成功运行。
该设备具有双链路冗余、工业级、恶劣环境设备（-40℃至 70℃工作温度）、IP67 防尘防水等级以及完全兼容工业协议，可为冶金设备（如桥式起重机、堆取料机等）提供可靠且稳定的传输。
我们的 客户创新中心 （CIC）让您看到这些解决方案是在真实世界条件下设计、测试和验证的，以便您可以了解各种可能性。 例如，在上海 CIC，您可以亲眼目睹 PRP 技术的实际应用，并深入了解无线网络升级如何提高冶金生产的效率和安全性。
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