高酸氣田工業(yè)以太網(wǎng)傳輸技術(shù)

程小波 徐向輝 田燁瑞 吳拯亞

【摘要】本文從應(yīng)用上總結(jié)了工業(yè)以太網(wǎng)在高酸氣田復(fù)雜環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，闡述了在高酸氣田復(fù)雜環(huán)境下工業(yè)以太網(wǎng)良好的故障自愈能力，論證了普光氣田工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化數(shù)據(jù)傳輸方面可靠性與先進(jìn)性，在高酸氣田的應(yīng)用取得了良好效果。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)以太網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?故障自愈

普光氣田是我國已投產(chǎn)的特大型海相整裝氣田，由于其高酸高含硫的特點，對通信數(shù)據(jù)傳輸提出了更高的要求。工業(yè)以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道，必須具備良好的可靠性與穩(wěn)定性以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/p>

1 概述

普光氣田工業(yè)以太網(wǎng)包括普光主體和大灣區(qū)塊兩部分，共包括23座集氣站場、47座線路截斷閥室、1座集氣末站、1座污水站及1座中心控制室。其中普光主體和大灣區(qū)塊各自構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，在中心控制室進(jìn)行對接。工業(yè)以太網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，由骨干環(huán)網(wǎng)和系統(tǒng)子網(wǎng)組成。骨干環(huán)網(wǎng)絡(luò)利用工業(yè)級二層交換機(jī)組成光纖網(wǎng)絡(luò)，具有1000Mbit/s全雙工線速交換能力，由HSR協(xié)議提供單點故障保護(hù)，保證骨干鏈路故障情況下通訊不受影響，并通過IEEE802.1q的VLAN劃分方式對各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行劃分并進(jìn)行優(yōu)化。各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)連接處采用工業(yè)級三層交換機(jī)進(jìn)行連接，以動態(tài)路由協(xié)議連接無線冗余路徑，在子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)有線連接中斷的情況下，完成有線網(wǎng)絡(luò)向無線路徑的切換。

2 普光氣田工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢

普光氣田工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)采用環(huán)網(wǎng)冗余、無線備用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在設(shè)備安裝維護(hù)、擴(kuò)展性，特別是在雙網(wǎng)切換和故障快速愈合等方面具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢。

2.1 設(shè)備安裝便捷，并采用雙電源供電

工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)均安裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，易于安裝和卸下，便于維護(hù)；并采用相互獨立的兩路電源供電，保證了設(shè)備供電安全。

2.2 使用卡存儲介質(zhì)提高了設(shè)備維護(hù)效率

存儲卡用于交換機(jī)設(shè)備的配置存儲、備份。在設(shè)備替換或故障時用于恢復(fù)配置，使維護(hù)更加快捷。

2.3 良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性

普光主體工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)和大灣區(qū)塊工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)為兩個邏輯環(huán)，兩個環(huán)網(wǎng)在中控室實行對接，對接采用光纜連接的方式連接兩個環(huán)網(wǎng)的核心交換機(jī)。在集氣站場和閥室增加的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)快捷的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。

2.4 高速冗余環(huán)協(xié)議提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性

當(dāng)骨干網(wǎng)環(huán)路的光纜因各種原因發(fā)生一處斷點時。高速冗余環(huán)協(xié)議可以快速將骨干環(huán)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)流向改變，故障自愈時間小于300ms，保證了數(shù)據(jù)傳輸。

2.5 無線接入技術(shù)作為備用鏈路

當(dāng)骨干網(wǎng)環(huán)路的光纜因自然災(zāi)害、人為失誤或設(shè)備老化等原因發(fā)生多處斷路時，或站場三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與骨干網(wǎng)間的有線連接發(fā)生斷路時，被隔離站場切換到無線傳輸鏈路與中心控制室通訊。有線鏈路向無線鏈路的切換由動態(tài)路由協(xié)議來完成，該協(xié)議將各站場與骨干環(huán)網(wǎng)劃分成不同自治域，并對有線鏈路與無線鏈路分配不同優(yōu)先等級，當(dāng)有線鏈路發(fā)生中斷時，動態(tài)路由協(xié)議在1s內(nèi)完成切換。

2.6 雙網(wǎng)切換使網(wǎng)絡(luò)更加可靠

站場子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)生故障，或子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接至該設(shè)備的連接發(fā)生斷路，或單網(wǎng)有線鏈路與無線鏈路均無法進(jìn)行通訊時，基于雙網(wǎng)冗余的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通訊由1#千兆光纖環(huán)網(wǎng)切換到2#千兆光纖環(huán)網(wǎng)。該切換由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)卡的切換完成，切換時間在1s之內(nèi)。由于雙網(wǎng)系統(tǒng)中雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)相同，切換后系統(tǒng)仍然能夠承受上文所述的幾種故障情況發(fā)生，并能進(jìn)行相應(yīng)的切換。因此，該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能夠承受的故障點數(shù)量可達(dá)到5個。使整個網(wǎng)絡(luò)在大規(guī)模自然災(zāi)害或惡劣氣候條件等各種極端情況下能夠不間斷運行。如下圖1所示。

由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)中斷不超過1s，在此基礎(chǔ)上附加再次產(chǎn)生的硬件故障，在備件充足、維護(hù)人員熟練的情況下，基于存儲卡或遠(yuǎn)程配置恢復(fù)的功能，系統(tǒng)中斷時間可以控制在以小時為單位的時間內(nèi)。

3 結(jié)語

在特殊環(huán)境工業(yè)自動化數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域中，工業(yè)以太網(wǎng)必須具備合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)性能，才能滿足工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡笠灾伟踩a(chǎn)。未來，具有良好網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)自愈功能的工業(yè)以太網(wǎng)將在工業(yè)自動化數(shù)據(jù)傳輸方面發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 以太網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)要求.YD/T 1099-2005

[2] 路由器設(shè)備技術(shù)規(guī)范-高端路由器.YD/T 1097-2001

[3] 路由器安全技術(shù)要求.GB/T 18018-1999