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1　項(xiàng)目介紹

涪陵頁巖氣田作為國(guó)家級(jí)示范工程，是我國(guó)首個(gè)百億方頁巖氣田，同時(shí)也是全球除北美之外最大的頁巖氣田。根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料和產(chǎn)能評(píng)價(jià)，涪陵頁巖氣田資源量為2.1萬億方，相當(dāng)于一個(gè)1000萬噸級(jí)的大型油田。

這一工程標(biāo)志著我國(guó)頁巖氣行業(yè)加速邁入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段，對(duì)推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、緩解我國(guó)中東部地區(qū)天然氣供應(yīng)壓力、加大節(jié)能減排力度以及防治大氣污染等方面均具有重要意義。

涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊一期工程北區(qū)產(chǎn)能建設(shè)包括1個(gè)監(jiān)控中心、47個(gè)集氣站、28個(gè)采氣平臺(tái)、1個(gè)變電站、1個(gè)脫水站、3個(gè)RTU閥室；江東區(qū)塊產(chǎn)能建設(shè)包括13個(gè)集氣站，2個(gè)采氣平臺(tái)，1個(gè)RTU閥室。該工程通信系統(tǒng)承載了SCADA系統(tǒng)及安防監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，其通信設(shè)備均采用北京東土科技股份有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的SICOM系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，涉及萬兆、千兆等各類交換機(jī)及光纖模塊達(dá)十幾種之多，應(yīng)用設(shè)備總量已超過300臺(tái)。

東土科技工業(yè)交換機(jī)在西南山林地區(qū)潮濕、多雨、多雷暴、溫差大的環(huán)境下持續(xù)多年穩(wěn)定運(yùn)行，通過優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、快速的供貨、專業(yè)的技術(shù)服務(wù)，保障了項(xiàng)目的順利進(jìn)行，獲得了客戶的高度認(rèn)可。涪陵頁巖氣田項(xiàng)目在全國(guó)乃至全球油氣領(lǐng)域的示范效應(yīng)，為東土科技在油氣開采行業(yè)提供了極大的業(yè)績(jī)支撐，也為東土科技持續(xù)服務(wù)涪陵頁巖氣田后續(xù)項(xiàng)目以及全行業(yè)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2　強(qiáng)健的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1　SCADA系統(tǒng)

2.1.1　SCADA系統(tǒng)概述

涪陵頁巖氣田累計(jì)產(chǎn)氣和銷氣量均已突破160億方，2017年產(chǎn)量達(dá)60.04億方，日銷售頁巖氣最高達(dá)1670萬方，每天可滿足3340萬戶居民的生活用氣需求。2019年，涪陵頁巖氣將持續(xù)從涪王管線向外輸出，惠及沿線6省2市共計(jì)70多個(gè)大中型城市，使得上千家企業(yè)、2億多居民從中受益，涪陵頁巖氣田SCADA系統(tǒng)在其中起到了關(guān)鍵性作用。

涪陵頁巖氣田SCADA系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能，在提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性，提高經(jīng)濟(jì)效益，提高調(diào)度效率和水平方面有著不可替代的作用。

2.1.2　SCADA系統(tǒng)應(yīng)用需求

SCADA系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成的，其本質(zhì)屬于IT系統(tǒng)的一種，各子系統(tǒng)或設(shè)備之間的信息交互完全依托于網(wǎng)絡(luò)，但SCADA系統(tǒng)主要面向前端設(shè)備控制，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性及冗余性要求高于其它IT系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不允許出現(xiàn)丟包、通信中斷或延時(shí)過高的情況，否則將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)造成影響，可能造成設(shè)備損壞，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此SCADA系統(tǒng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備除了需要具備良好的數(shù)據(jù)交換性能外，還需具備低溫高溫適應(yīng)性、抗電磁干擾強(qiáng)、防鹽霧及抗震性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.1.3　SCADA系統(tǒng)組網(wǎng)介紹

圖1 SCADA系統(tǒng)拓?fù)鋱D

本項(xiàng)目的SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為PCS控制器、RTU控制器、SIS控制器等設(shè)備提供冗余、實(shí)時(shí)、安全可靠的傳輸通道，可為重要數(shù)據(jù)提供兩個(gè)獨(dú)立的傳輸通道連接核心網(wǎng)絡(luò)。

（1） 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性

保證網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性是工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的核心問題，報(bào)文傳輸?shù)拇_定性主要取決于數(shù)據(jù)的零丟包和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t。

本項(xiàng)目應(yīng)用的東土科技SICOM6448G、SICOM3028GPT工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)具有以下特點(diǎn)：

·交換芯片的交換容量可保證所有端口的線速轉(zhuǎn)發(fā)，確保交換機(jī)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小于5S，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。

·支持VLAN的劃分實(shí)現(xiàn)廣播域的隔離，控制廣播風(fēng)暴的影響范圍。

·支持網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制功能實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的有效限制，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單播、組播、廣播報(bào)文的分類限制，同一物理端口上對(duì)不同種類的報(bào)文、在不同傳輸方向上（進(jìn)、出）實(shí)現(xiàn)流量的分類控制，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與無效數(shù)據(jù)的有效區(qū)分，并將無效報(bào)文抑制在系統(tǒng)的最外側(cè)。

·支持QOS優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，確保重要數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

·交換芯片容錯(cuò)處理：交換機(jī)的每一個(gè)物理端口設(shè)置了合理大小的緩存空間，當(dāng)突發(fā)數(shù)據(jù)流超出物理端口的帶寬時(shí)，能夠在一定的時(shí)間內(nèi)保證數(shù)據(jù)不丟失。

·IEEE 802.3x數(shù)據(jù)流量控制：當(dāng)交換機(jī)端口數(shù)據(jù)超出端口帶寬時(shí)，交換機(jī)可以和終端設(shè)備進(jìn)行協(xié)商，降低終端設(shè)備的發(fā)送速率，使系統(tǒng)避免因某個(gè)端口擁塞而造成數(shù)據(jù)的丟失。

（2） 網(wǎng)絡(luò)冗余性

SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)每個(gè)站點(diǎn)配置的2臺(tái)二層交換機(jī)SICOM3028GPT分別組成A、B兩個(gè)物理隔離的冗余環(huán)網(wǎng)。雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)在物理上相互獨(dú)立，當(dāng)環(huán)網(wǎng)A出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、交換機(jī)掉電或設(shè)備故障時(shí)，接入終端可通過環(huán)網(wǎng)B中的交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。環(huán)網(wǎng)A出現(xiàn)故障不會(huì)影響環(huán)網(wǎng)B。監(jiān)控中心服務(wù)器同時(shí)接收A、B網(wǎng)數(shù)據(jù)，并作出處理，有效避免了通信中斷的問題。

SICOM6448G、SICOM3028GPT支持STP\RSTP\MSTP\IEC62439-6（DRP）環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，本項(xiàng)目中采用的DRP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間真正達(dá)到＜20ms，且不受網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量影響。

2.2　安防系統(tǒng)

2.2.1　安防系統(tǒng)概述

涪陵頁巖氣田安防系統(tǒng)視頻監(jiān)控網(wǎng)可對(duì)視頻、語音、門禁、周界各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，東土科技交換機(jī)在各系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行中起到了橋梁的作用。通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，逐步實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)無人值守，為客戶節(jié)約人力和時(shí)間成本。

2.2.2　安防系統(tǒng)應(yīng)用需求

本項(xiàng)目視頻監(jiān)控系統(tǒng)需接入高達(dá)600路以上1080P高清攝像頭，單個(gè)IP攝像頭碼流為4Mbps，考慮到視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦匀绺邏嚎s率、流量突發(fā)性，以及周界防御、門禁、語音對(duì)講應(yīng)急廣播等設(shè)備的傳輸流量，把視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流量傳輸帶寬控制在占用1000Mbps工業(yè)以太網(wǎng)光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)的50%~60%較為合理，能夠保證視頻監(jiān)控傳輸?shù)臒o失幀、流暢和高實(shí)時(shí)性。

2.2.3　安防系統(tǒng)組網(wǎng)介紹

圖2 安防系統(tǒng)拓?fù)鋱D

安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)控中心設(shè)置一臺(tái)SICOM6448G萬兆交換機(jī)，前端接入SICOM3028GPT千兆交換機(jī)分別組成5個(gè)千兆光纖環(huán)網(wǎng)，每個(gè)環(huán)網(wǎng)分擔(dān)480M左右的流量，符合視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)占用帶寬不超過60%的最優(yōu)配置，保證了視頻清晰度及流暢度。

SICOM6448G、SICOM3028GPT支持靜態(tài)組播和基于MAC地址的GMRP動(dòng)態(tài)組播功能，使帶寬資源能夠得到有效利用。

3　東土科技解決方案亮點(diǎn)

（1）SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙千兆光纖環(huán)網(wǎng)，單個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)接入設(shè)備多達(dá)53臺(tái)，采用東土科技DRP冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議，保證網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間＜20ms。

·縮短故障恢復(fù)時(shí)間：東土科技DRP協(xié)議綜合考慮多種環(huán)網(wǎng)冗余保護(hù)機(jī)制，提出了針對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大導(dǎo)致故障恢復(fù)時(shí)間顯著增加問題的優(yōu)化解決方案，通過優(yōu)化環(huán)網(wǎng)檢測(cè)報(bào)文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模無關(guān)的故障恢復(fù)時(shí)間；通過實(shí)時(shí)中斷上報(bào)等機(jī)制的引入，DRP故障恢復(fù)時(shí)間可以達(dá)到10ms以內(nèi)，從而大大提高實(shí)時(shí)報(bào)文傳輸可靠性，為電力、軌道交通等具有實(shí)時(shí)控制要求的應(yīng)用領(lǐng)域提供更可靠的數(shù)據(jù)承載方式；

·支持豐富的鏈路檢測(cè)功能：為了提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，東土科技DRP協(xié)議針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的典型故障進(jìn)行分析，在進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)除了對(duì)鏈路斷開進(jìn)行快速檢測(cè)外，還提供了光纖單通檢測(cè)、鏈路質(zhì)量檢測(cè)、設(shè)備健康性檢測(cè)等機(jī)制，確保環(huán)網(wǎng)報(bào)文的最優(yōu)承載；

·支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌簴|土科技DRP協(xié)議除支持簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)快速自愈功能外，還支持相交環(huán)、相切環(huán)等復(fù)雜組網(wǎng)，并且能夠支持基于VLAN的冗余環(huán)多實(shí)例、環(huán)端口聚合等組網(wǎng)應(yīng)用，提供了靈活的組網(wǎng)模式以滿足多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求；

·提供豐富的診斷維護(hù)功能：東土科技DRP協(xié)議提供了豐富的狀態(tài)查詢和告警機(jī)制來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和診斷，同時(shí)防止由于誤操作或配置錯(cuò)誤導(dǎo)致的環(huán)網(wǎng)風(fēng)暴等問題，支持在發(fā)生誤操作和配置錯(cuò)誤時(shí)提供告警提醒。

（2）核心交換機(jī)采用東土科技萬兆工業(yè)級(jí)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余熱備份。

（3）選用東土科技模組化產(chǎn)品，方便業(yè)務(wù)擴(kuò)充。

（4）系統(tǒng)安防網(wǎng)接入高達(dá)600路1080P高清攝像頭，設(shè)置5個(gè)安防環(huán)網(wǎng)，采用高buffer設(shè)備進(jìn)行視頻傳輸，在保證網(wǎng)絡(luò)可靠性的同時(shí)，滿足了視頻業(yè)務(wù)高帶寬傳輸?shù)男枨蟆?/p>

（5）安防環(huán)網(wǎng)支持多種業(yè)務(wù)接入：視頻、門禁、周界監(jiān)控、IP電話等。通過配置QoS滿足重要數(shù)據(jù)先行傳輸?shù)囊蟆?/p>

（6）安全性：SICOM6448G、SICOM3028GPT具備基于MAC地址或IP地址的端口安全，代理訪問控制（基于Vlan/IP)認(rèn)證802.1x，SSH，SSL，SNMP v3；支持IEEE 802.1x，支持用戶分級(jí)訪問交換機(jī)；支持ACL控制，可指定特定的IP或MAC設(shè)備去訪問設(shè)備；支持廣播風(fēng)暴抑制功能，確保終端設(shè)備的正常運(yùn)行。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年2月刊