国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

    姚  遠(yuǎn)：陜西國(guó)華錦界能源責(zé)任有限公司

    1   MACSTM DCS概況

    陜西國(guó)華錦界電廠2×600MW機(jī)組DCS使用北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的MACSTM分散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用ProfiBus-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。上位機(jī)使用的支撐軟件PLANTVIEW，系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，對(duì)所有的上位機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)服務(wù)，可設(shè)置1:1軟件冗余，并可將各類(lèi)服務(wù)分散到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上具有相應(yīng)硬件配置的計(jì)算機(jī)上。
系統(tǒng)共分成3個(gè)域：#1機(jī)組、#2機(jī)組和公用系統(tǒng)。單元機(jī)組網(wǎng)絡(luò)分成2個(gè)段，空冷和機(jī)側(cè)系統(tǒng)一個(gè)段、電氣和爐側(cè)系統(tǒng)一個(gè)段，每個(gè)段配置2臺(tái)冗余服務(wù)器。

    1.1 冗余服務(wù)器

    系統(tǒng)由兩組冗余服務(wù)器組成，由此將系統(tǒng)劃分成兩個(gè)段，每個(gè)段可由獨(dú)立的服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET 和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站（即I/O站）組成，完成相對(duì)獨(dú)立的采集和控制功能。MACSTM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為管理網(wǎng)絡(luò)（即MNET 網(wǎng)）、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（即SNET 網(wǎng)）和控制網(wǎng)絡(luò)（即CNET 網(wǎng)）三個(gè)層次，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站、系統(tǒng)服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制站的互連，控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)主控單元與過(guò)程I/O 單元的通訊，目前系統(tǒng)采用3COM網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成雙星形普通以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)帶寬100Mbps。

    1.2 FM801冗余主控單元

    MACSTM系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站標(biāo)準(zhǔn)配置為兩個(gè)互為冗余的主控單元，主控單元上有硬件構(gòu)成的冗余切換電路和故障自檢電路。系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)配置為兩個(gè)主控單元進(jìn)行熱備份，它們同時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，兩個(gè)主控單元同時(shí)做控制運(yùn)算，但只有一個(gè)輸出運(yùn)算結(jié)果，且實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)。一旦工作中的主控單元發(fā)生故障，備份主控單元自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，而切換過(guò)程是無(wú)擾的，每個(gè)主控單元設(shè)計(jì)有兩套SNET網(wǎng)絡(luò)接口電路網(wǎng)絡(luò)帶寬10/100Mbps自適應(yīng)，接口形式為RJ45接口使用超5類(lèi)線，分配有不同的IP地址，即實(shí)現(xiàn)SNET網(wǎng)絡(luò)的雙冗余結(jié)構(gòu)。

    主控單元完成現(xiàn)場(chǎng)控制站中除實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入/輸出外的各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)本站下IO 模塊數(shù)據(jù)的采集及運(yùn)算和接受服務(wù)器的組態(tài)命令及數(shù)據(jù)交換，通過(guò)冗余以太網(wǎng)接口把現(xiàn)場(chǎng)控制站的所有數(shù)據(jù)上傳到MACSTM系統(tǒng)服務(wù)器，操作員站/工程師站指令也通過(guò)以太網(wǎng)下傳到FM801主控單元內(nèi)多功能接口卡上帶有CNET網(wǎng)絡(luò)接口，用以同各個(gè)I/O模塊進(jìn)行通信。每個(gè)主控單元內(nèi)配置冗余的兩個(gè)SNET網(wǎng)接口，用于與系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行通信。主控單元支持冗余配置，也可以單獨(dú)配置。兩個(gè)以太網(wǎng)接口SENT1、SENT2 采用10Base-T（使用RJ45 連接器）網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)與外部（服務(wù)器站/操作員站/工程師站）的數(shù)據(jù)交換,一個(gè)以太網(wǎng)接口RNET 用于主/從主控單元間的數(shù)據(jù)備份，MACSTM 系統(tǒng)中，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站主控單元均有唯一的一個(gè)站號(hào)。用5 類(lèi)雙絞線將主控單元的SNET 接口連入以太網(wǎng)交換機(jī)，就接入了SNET 網(wǎng)絡(luò)。

    將所有的SNET1 網(wǎng)線接入一個(gè)交換機(jī)，所有的SENT2 網(wǎng)線接入另一個(gè)交換機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)。

    1.3 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

    MACSTM系統(tǒng)通訊是三級(jí)通訊即管理網(wǎng)絡(luò)（即MNET 網(wǎng)）、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（即SNET 網(wǎng)）和控制網(wǎng)絡(luò)（即CNET 網(wǎng)）三個(gè)層次首先是通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)服務(wù)器通信，接收工程師站的初始下裝數(shù)據(jù)和在線增量下裝數(shù)據(jù)，以及操作員在線修改的數(shù)據(jù)，另一方面周期性的將模擬量數(shù)據(jù)和開(kāi)關(guān)量狀態(tài)變化數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器，其次通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)向I/O 模塊傳送初始化數(shù)據(jù)和控制輸出數(shù)據(jù)并接收模板采集的數(shù)據(jù)和報(bào)告的狀態(tài)。

    這種采用商用交換機(jī)構(gòu)成的星形以太網(wǎng)，具有網(wǎng)絡(luò)帶寬高、冗余度較高（實(shí)驗(yàn)得知，不是交換機(jī)故障引起的局部網(wǎng)絡(luò)故障不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)段切換）、系統(tǒng)易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理維護(hù)復(fù)雜，局部故障的可能性比雙冗余的環(huán)網(wǎng)高等。

    2  DCS現(xiàn)場(chǎng)站功能分配

    作為分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)性能的必要資料，首先需要了解DCS網(wǎng)絡(luò)控制站的分配與組成，在劃分網(wǎng)段時(shí)應(yīng)按照控制站系統(tǒng)功能劃分段，這樣能最大程度減少兩個(gè)網(wǎng)段之間數(shù)據(jù)交換量。

    錦界電廠DCS項(xiàng)目單元機(jī)組控制站28個(gè)，公用系統(tǒng)控制站4個(gè)。具體功能分配見(jiàn)下：

    單元機(jī)組：共28個(gè)控制站

    (1) 空冷系統(tǒng)：共7個(gè)控制站（布置于空冷配電室）

    (2) 汽機(jī)側(cè)控制站：共7個(gè)控制站

    (3) 鍋爐側(cè)控制站：共10個(gè)控制站

    (4) 電氣系統(tǒng)控制：共4控制站

    (5) 公用系統(tǒng)：共4個(gè)控制站

    以上控制站按照機(jī)側(cè)和空冷一個(gè)網(wǎng)段，爐側(cè)和電氣一個(gè)網(wǎng)段分配，每個(gè)網(wǎng)段配置兩臺(tái)冗余服務(wù)器，服務(wù)器所掛接的交換機(jī)為千兆接口，單元機(jī)組和公用系統(tǒng)各自構(gòu)成域。

    3  工業(yè)以太網(wǎng)

    錦界電廠600MW機(jī)組DCS系統(tǒng)其通訊方式為CIS結(jié)構(gòu)，對(duì)服務(wù)器依賴(lài)性較大，由于生產(chǎn)企業(yè)的工業(yè)特性以及對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)傳輸性能較一般民用網(wǎng)絡(luò)相比有更嚴(yán)格的要求，這個(gè)時(shí)候，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)成為解決這一問(wèn)題的首選方案。

    交換機(jī)實(shí)際上是連接兩個(gè)數(shù)據(jù)鏈路的網(wǎng)橋，也就是說(shuō)碰撞域在每個(gè)交換機(jī)端口進(jìn)行了終結(jié)。所以，增加了交換機(jī)就擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)地理上的范圍，級(jí)聯(lián)交換機(jī)可以大規(guī)模地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。

    交換機(jī)端口自動(dòng)與附屬端口進(jìn)行速率協(xié)商。流量控制功能也通過(guò)協(xié)商進(jìn)行。全雙工網(wǎng)段采用PAUSE方案，半雙工網(wǎng)段通常采用backpressure方案。

    4  工業(yè)交換機(jī)與商用交換機(jī)性能比較

表1 應(yīng)用在IA和商用環(huán)境中的交換機(jī)的要求比較

    雖然在工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域和辦公以太網(wǎng)環(huán)境中的以太網(wǎng)采用相同的標(biāo)準(zhǔn)，但是他們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的需求是截然不同的，見(jiàn)表1。工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品要求在極端條件下的可靠性，能夠適應(yīng)強(qiáng)電磁干擾、寬工作溫度范圍和機(jī)械負(fù)載的要求。
引用錦界電廠目前配置的3COM商用交換機(jī)和德國(guó)赫斯曼工業(yè)交換機(jī)作為比較對(duì)象，比較Power MICE和3COM 4228G（3C17304）這兩款交換機(jī)，它們?cè)诠δ芎托阅苌洗嬖诘牟町悺?BR>
    4.1 網(wǎng)絡(luò)冗余功能

    商用級(jí)別的以太網(wǎng)產(chǎn)品組成冗余網(wǎng)絡(luò)的方案普遍使用RSTP（快速生成樹(shù)算法，IEEE 802.1W）需要啟動(dòng)STP協(xié)議，其網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)時(shí)間一般為3s以上，同采用STP（生成樹(shù)）技術(shù)組環(huán)相比，由于生成樹(shù)技術(shù)需要所有交換機(jī)必須根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算方法尋找邏輯樹(shù)。故采用快速生成樹(shù)的計(jì)算方法，一般需要30～90s的時(shí)間。同時(shí)在計(jì)算生成樹(shù)的過(guò)程中各鏈路處于完全斷開(kāi)狀態(tài)。但對(duì)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)恢復(fù)時(shí)間還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。而工業(yè)機(jī)的環(huán)網(wǎng)僅僅在切換中已傳遞的數(shù)據(jù)延遲不到500ms而已，沒(méi)有數(shù)據(jù)包丟失的問(wèn)題。

    4.2 認(rèn)證及電磁兼容性

    工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品可以工作在嚴(yán)酷的電磁環(huán)境中，并且對(duì)于數(shù)據(jù)口防雷、快速脈沖群，靜電等都有較高的防護(hù)等級(jí)，而商業(yè)使用的產(chǎn)品這一點(diǎn)是不具備的。Power MICE使用的是普通以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，符合各種工業(yè)協(xié)會(huì)和組織對(duì)相關(guān)工業(yè)設(shè)備的認(rèn)證要求，通過(guò)UL508、c-UL、CSA C22.2 No. M91認(rèn)證，并且具有CE 認(rèn)證標(biāo)識(shí)，適合歐盟國(guó)家的使用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于電磁干擾（EMC）的兼容性，具有資訊技術(shù)設(shè)備（ITE）的認(rèn)證。

    4.3 電源供應(yīng)

    電源供電部分是任何產(chǎn)品的根源，所有產(chǎn)品出現(xiàn)故障，其電源故障所占的比率為35%以上。所以工業(yè)產(chǎn)品為了避免電源故障造成的麻煩，工業(yè)系統(tǒng)通常是由共用的低壓控制變壓器或直流供電提供電源。工業(yè)交換機(jī)可以在適合各種控制設(shè)備中的寬范圍的交流和直流供電下工作（冗余電源連接）。這種靈活性的關(guān)鍵是一個(gè)寬范圍的直流對(duì)直流的轉(zhuǎn)接器，可以在停電情況下，通過(guò)一個(gè)大容量的電容來(lái)控制工廠供電中常出現(xiàn)的電壓高低不穩(wěn)的現(xiàn)象。商用產(chǎn)品一般采用交流單電源供電，需要通過(guò)電源變壓器來(lái)供電，對(duì)控制柜內(nèi)使用的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)非常不方便，而且還有可能意外的斷開(kāi)，供電方式不穩(wěn)定。

    4.4 溫度

    工業(yè)交換機(jī)工作的溫度范圍可達(dá)-35℃～75℃；0℃～45℃是商業(yè)產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。

    4.5 安裝

    工業(yè)交換機(jī)設(shè)備通常安裝在小型柜板上，然后再安裝在機(jī)柜中，設(shè)備或者是用螺絲安裝，或者是嵌入到釘軌上，具有穩(wěn)固的防震措施。商用交換機(jī)在桌面放置，或使用19英寸的機(jī)架安裝。

    4.6 穩(wěn)定性

    工業(yè)交換機(jī)具有很長(zhǎng)的產(chǎn)品生命期，產(chǎn)品更換頻度小于商用交換機(jī)，工業(yè)交換機(jī)的MTBF（平均無(wú)故障工作時(shí)間）約為20年左右，這一點(diǎn)較商用交換機(jī)有較大優(yōu)勢(shì)。

    4.7 網(wǎng)絡(luò)管理

    工業(yè)級(jí)交換機(jī)配置有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和管理軟件，監(jiān)控軟件的使用使DCS系統(tǒng)有了監(jiān)視和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的能力，同時(shí)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件具備設(shè)備監(jiān)視功能，可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。

    5  交換機(jī)對(duì)于DCS性能的影響

    由以上對(duì)錦界電廠DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的介紹以及對(duì)工業(yè)交換機(jī)與商用交換機(jī)的比較，我們結(jié)合錦界電廠DCS將兩種交換機(jī)對(duì)分散控制系統(tǒng)的影響做一分析。

    5.1 CIS結(jié)構(gòu)下交換機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的影響

    5.1.1 CIS系統(tǒng)組成

    錦界電廠單元機(jī)組DCS由兩個(gè)段構(gòu)成，每個(gè)段有冗余服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器配有兩塊千兆網(wǎng)卡接入千兆的交換機(jī)。

    我們暫將空冷和機(jī)側(cè)控制的網(wǎng)段定義成為A段，將電氣和爐側(cè)控制的網(wǎng)段定義成為B段，1臺(tái)工程師站、5臺(tái)操作員站、1臺(tái)歷史數(shù)據(jù)站、2臺(tái)通訊站和1臺(tái)SIS網(wǎng)關(guān)均配置雙網(wǎng)卡與服務(wù)器接入同一組冗余交換機(jī)，服務(wù)器與工程師站、操作員站構(gòu)成典型的Client/Server (客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)模式。對(duì)于各個(gè)控制站上傳的數(shù)據(jù)均由服務(wù)器采集發(fā)送到工程師站、操作員站，同時(shí)以全雙工的模式將工程師站、操作員站的操作指令發(fā)送到各個(gè)控制器，各個(gè)控制站之間數(shù)據(jù)使用CNET通訊，不需要再通過(guò)服務(wù)器。服務(wù)器和工程師站、操作員使用了標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，通過(guò)以太網(wǎng)把它們連接起來(lái)，服務(wù)器具有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)， Client不必具備Server的全部功能，它們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享Server的數(shù)據(jù)和其他功能。這種結(jié)構(gòu)可以充分利用資源，提高效率。將文件集中存放，減少了重復(fù)拷貝的數(shù)量，對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)及數(shù)據(jù)保持一致很有好處。同時(shí)Client的退出和加入系統(tǒng)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性。Client是操作員站，也可以是使用其他操作系統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議把服務(wù)器中的過(guò)程數(shù)據(jù)傳送到這一客戶(hù)中，因此將兩臺(tái)通信站和SIS網(wǎng)關(guān)也接入到服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)中。

    DCS的SNET的核心是冗余服務(wù)器和交換機(jī)，交換機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力以及包轉(zhuǎn)發(fā)能力影響到了系統(tǒng)的效率（包括畫(huà)面刷新率、數(shù)據(jù)刷新率等），同時(shí)由于單元機(jī)組設(shè)兩個(gè)段分別有各自交換機(jī)，存在數(shù)據(jù)交換，因此交換機(jī)之間包轉(zhuǎn)換延時(shí)也很重要。服務(wù)器同時(shí)還要通過(guò)交換機(jī)為SIS網(wǎng)關(guān)機(jī)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

    5.1.2 CIS系統(tǒng)中交換機(jī)配置

    由以上可知因?yàn)閱卧獧C(jī)組網(wǎng)絡(luò)分為A/B段，應(yīng)配置有各自的交換機(jī)，每段的服務(wù)器要處理來(lái)自各個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)，服務(wù)器接口配置為千兆速率，可使DCS系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率不超過(guò)6%。各控制站之間數(shù)據(jù)可不通過(guò)服務(wù)器傳送，因此CNET應(yīng)配置獨(dú)立交換機(jī)，空冷系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)超過(guò)了5類(lèi)線傳輸距離，因此使用光纖交換機(jī)，為空冷系統(tǒng)配置獨(dú)立交換機(jī)。

    5.1.3 控制層網(wǎng)絡(luò)對(duì)交換機(jī)的要求

    錦界電廠DCS控制網(wǎng)絡(luò)為多目標(biāo)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式，該協(xié)議沒(méi)有通訊指揮器，對(duì)通訊來(lái)說(shuō)，各節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，每一節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立的，帶有緩沖寄存器的信息轉(zhuǎn)發(fā)器。每一轉(zhuǎn)發(fā)器隨時(shí)獨(dú)立地接收，發(fā)送或撤消數(shù)據(jù)。每一節(jié)點(diǎn)通過(guò)交換機(jī)與其它節(jié)點(diǎn)連接。而網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是雙工的，可以同時(shí)向下游節(jié)點(diǎn)發(fā)送或從上游節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。這樣的傳遞過(guò)程使系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)都在信息中留有記錄，提高了效率。

    由于該協(xié)議沒(méi)有指揮器，所以去掉了等待諸如指揮器、令牌、時(shí)間間隙的時(shí)間，并且同一時(shí)刻內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)均能發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)、接收、撤消信息報(bào)告，使網(wǎng)絡(luò)的利用率提高。由于使用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳送方式，并且經(jīng)過(guò)寄存器的重新轉(zhuǎn)發(fā)，所以有較強(qiáng)的抗干擾能力、多極的校驗(yàn)措施，從而可以適度的長(zhǎng)距離傳輸。也就是說(shuō)，不是一個(gè)信包在網(wǎng)絡(luò)上傳遞，而是多個(gè)信包，這就要求交換機(jī)具備很強(qiáng)的包轉(zhuǎn)發(fā)能力，其包轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)應(yīng)盡可能的小。工業(yè)交換機(jī)包處理不如商用交換機(jī)，但是在包轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)方面具備很大優(yōu)勢(shì)，對(duì)于這種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通訊模式需要大量包轉(zhuǎn)發(fā)要求的網(wǎng)絡(luò)，其轉(zhuǎn)發(fā)包的低延時(shí)性對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)性能、防止信息堵塞很有好處。

    5.1.4 工業(yè)交換機(jī)和商用交換機(jī)在CIS模式下數(shù)據(jù)處理能力分析

    服務(wù)器要為各個(gè)用戶(hù)處理和發(fā)送大量數(shù)據(jù)，我們分別以1000M工業(yè)和商業(yè)交換機(jī)為例計(jì)算其處理4096 byte數(shù)據(jù)所需時(shí)間。

    （1）工業(yè)交換機(jī)數(shù)據(jù)處理能力分析

    工業(yè)交換機(jī)采用小數(shù)據(jù)幀，單位為64byte 。

    說(shuō)明：[每個(gè)數(shù)據(jù)包 = 64byte數(shù)據(jù)幀 + 8byte幀前置位+12byte幀間隙]

    4096 byte數(shù)據(jù)＝64數(shù)據(jù)包＝5376byte

    包傳輸時(shí)延：

    實(shí)時(shí)傳輸5376byte：

    0.58（0.576千兆單幀傳輸時(shí)間）×64+ 14（交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間）+ 5.76（百兆單幀傳輸時(shí)間）= 56.88 us

    （2）商用交換機(jī)數(shù)據(jù)處理能力分析

    因?yàn)榭刂茢?shù)據(jù)均為少量數(shù)據(jù)因此也是小數(shù)據(jù)幀，商用交換機(jī)數(shù)據(jù)幀單位為64byte 。

    說(shuō)明：[每個(gè)數(shù)據(jù)包 = 64byte數(shù)據(jù)幀 + 8byte幀前置位+12byte幀間隙]

    （數(shù)據(jù)包/秒?yún)?shù)與背板帶寬是成正比的，但不是同一參數(shù)）

    包傳輸時(shí)延：

    商用以太網(wǎng)交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延為2-3毫秒 ，實(shí)時(shí)傳輸5376byte：

    0.17（0.17千兆單幀傳輸時(shí)間）×64+ 200（交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間）+ 5.76（百兆單幀傳輸時(shí)間）= 216.64 us

    對(duì)于錦界電廠DCS若使用工業(yè)交換機(jī)可使數(shù)據(jù)處理能力得到較大提高。

    5.2 交換機(jī)穩(wěn)定性對(duì)控制系統(tǒng)可用率的影響

    5.2.1 DCS可用率計(jì)算     

    A=（tt - tf）/tt*100%

    tf= ∑kfi*tfi

    其中：tt 為實(shí)際試驗(yàn)時(shí)間；tf為系統(tǒng)設(shè)備總故障時(shí)間；kfi為第i個(gè)設(shè)備的故障加權(quán)系數(shù)；tfi為第i個(gè)設(shè)備的故障停用時(shí)間。
 
    5.2.2 交換機(jī)故障率    

    根據(jù)技術(shù)協(xié)議的要求DCS可用率至少應(yīng)達(dá)到99.99％，我們?cè)O(shè)交換機(jī)故障為一類(lèi)故障，即認(rèn)為直接引起跳機(jī)的故障，它的故障加權(quán)系數(shù)為1，多個(gè)交換機(jī)應(yīng)累計(jì)考慮，錦界電廠共配置8組冗余交換機(jī)。MICE系列交換機(jī)的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）為144,258小時(shí)，3COM的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）為47,006小時(shí)。

    目前DCS正常工作周期為10年，極限工作年限為15年，以每年平均工作7700小時(shí)計(jì)算，全周期使用時(shí)間為77000小時(shí)，由上表可知工業(yè)交換機(jī)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間可有效覆蓋DCS的正常工作周期，商用交換機(jī)的MTBF 無(wú)法包括DCS的正常工作周期，8組冗余交換機(jī)在DCS工作周期內(nèi)出現(xiàn)故障的概率很大。

    600MW機(jī)組每次非計(jì)劃停機(jī)按損失150萬(wàn)元計(jì)算，投資在工業(yè)交換機(jī)上的費(fèi)用比在全周期內(nèi)由于商用交換機(jī)可靠性差引起的非計(jì)劃停機(jī)造成的損失要小。

    5.3 交換機(jī)切換穩(wěn)定性對(duì)控制系統(tǒng)可用率的影響

    工業(yè)交換機(jī)冗余切換周期小于500ms，商用交換機(jī)冗余切換周期為10s，因此商用交換機(jī)切換時(shí)對(duì)于平均掃描周期為200ms的DCS系統(tǒng)而言，成功切換的概率很低，因此在DCS全周期內(nèi)因交換機(jī)故障引起的非計(jì)劃停機(jī)可能性很大。

    5.4 網(wǎng)絡(luò)管理在控制系統(tǒng)中的作用

    工業(yè)交換機(jī)具備很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)管理功能，在DCS系統(tǒng)中我們對(duì)控制器電源、主控制器和I/O卡件均有監(jiān)視手段，這點(diǎn)很重要，電源和控制器均為冗余系統(tǒng)，單個(gè)故障時(shí)如沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)將是很危險(xiǎn)的，因?yàn)橛斜O(jiān)視和報(bào)警手段我們可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施避免造成損失。而對(duì)于交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)我們還沒(méi)有合適的監(jiān)視手段。工業(yè)交換機(jī)有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)和端口提供監(jiān)視，使我們有了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的手段，避免了非計(jì)劃停機(jī)，提高了DCS可用率。

    網(wǎng)絡(luò)管理軟件還可以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，合理分配網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)一步提高DCS網(wǎng)絡(luò)的性能，但我們無(wú)法計(jì)算出由此可將DCS可用率提高多少。

    6  結(jié)論

    6.1 工業(yè)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)冗余切換速度和成功率高于商用交換機(jī)，使機(jī)組因通訊故障非計(jì)劃停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)降低。

    6.2 工業(yè)交換機(jī)抗電磁干擾能力高于商用機(jī)，但商用交換機(jī)若接地和屏蔽處理好，在電磁輻射不強(qiáng)的環(huán)境下也不會(huì)受電磁干擾影響。

    6.3 工業(yè)交換機(jī)溫度適應(yīng)性強(qiáng)，但在電子間內(nèi)工作環(huán)境是能滿足所有交換機(jī)要求的，商用交換機(jī)的工作環(huán)境條件與本廠DCS相同，不存在商用交換機(jī)因溫度、濕度導(dǎo)致故障而引起機(jī)組非正常停機(jī)的可能。

    6.4 工業(yè)交換機(jī)的安裝可減少布線，降低了因網(wǎng)線破損導(dǎo)致通訊故障的可能性。

    6.5 工業(yè)交換機(jī)在穩(wěn)定性較商用交換機(jī)有較大優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于追求長(zhǎng)周期運(yùn)行的發(fā)電廠來(lái)說(shuō)是很重要的。

    6.6 若選擇使用工業(yè)級(jí)交換機(jī)應(yīng)考慮選購(gòu)其配套的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，工業(yè)交換機(jī)應(yīng)選購(gòu)帶有網(wǎng)管功能的，這樣系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)管理能力，可為DCS網(wǎng)絡(luò)提供全面的負(fù)載和故障分析監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率，隨時(shí)查詢(xún)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)，具有故障陷阱處理功能，這點(diǎn)為DCS網(wǎng)絡(luò)透明化管理提供可能，將會(huì)大大提高網(wǎng)絡(luò)安全性。

    6.7 工業(yè)交換機(jī)端口數(shù)和數(shù)據(jù)通訊量不如商用交換機(jī)，但不論是選用商用交換機(jī)還是工業(yè)交換機(jī)建議不要采用交換機(jī)級(jí)聯(lián)的方式來(lái)擴(kuò)展端口，這樣增大了故障風(fēng)險(xiǎn)，若要增加端口商用交換機(jī)應(yīng)采用堆疊的方式，工業(yè)交換機(jī)應(yīng)采用背板擴(kuò)容的方式。

    6.8 工業(yè)交換機(jī)投資比商用交換機(jī)大許多，以錦界電廠為例2×600MW機(jī)組含公用系統(tǒng)共90個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口點(diǎn)，構(gòu)成冗余通訊系統(tǒng)，工業(yè)交換機(jī)的投資將是商業(yè)交換機(jī)的4倍以上。

    6.9 空冷系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站受變頻器、變壓器等因素的干擾且距離較遠(yuǎn)，與主控室電子間應(yīng)采用光纖連接，若采用工業(yè)交換機(jī)因其機(jī)架式的特點(diǎn)，建議交換機(jī)采用控制柜內(nèi)安裝以減少布線降低電磁干擾，同時(shí)做好接地；若采用商用交換機(jī)，應(yīng)單獨(dú)設(shè)立交換機(jī)機(jī)柜，并在布線時(shí)對(duì)網(wǎng)線安裝金屬套管屏蔽，同時(shí)做好接地。

    6.10 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可為實(shí)現(xiàn)冗余快速切換做適當(dāng)調(diào)整,系統(tǒng)總段上為光纖環(huán)網(wǎng)，連接距離遠(yuǎn)的系統(tǒng)如空冷系統(tǒng)，分段為星形子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如主控電子間和空冷電子間，使網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)分散，空冷系統(tǒng)采用光纖接入環(huán)網(wǎng)，其下掛控制站星形接入空冷核心交換機(jī)，某個(gè)控制站故障自動(dòng)切換到另一臺(tái)空冷核心交換機(jī)同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致其它空冷控制站切換，網(wǎng)絡(luò)具備端口速率限制、端口安全、IGMP Snooping等高端功能。在極端惡劣情況下兩根光纖同時(shí)斷裂，系統(tǒng)自動(dòng)變?yōu)榭偩€型網(wǎng)絡(luò)不會(huì)導(dǎo)致通訊中斷。

    6.11 錦界電廠目前分為三個(gè)域：#1單元機(jī)組、#2單元機(jī)組、公用系統(tǒng)。#1機(jī)組和#2機(jī)組之間靠公用系統(tǒng)連接，公用系統(tǒng)與單元機(jī)組之間連接介質(zhì)為光纖，實(shí)現(xiàn)了光電耦合對(duì)于系統(tǒng)間隔離有一定好處，但由于物理介質(zhì)沒(méi)有完全隔斷，仍然存在著機(jī)組之間互相通訊的風(fēng)險(xiǎn)，因此須使用MAC地址屏蔽、控制權(quán)限設(shè)定等功能，在工業(yè)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)管理中均提供有這些功能。

    6.12 冗余DELL PE2800塔式服務(wù)器在性能上可以滿足對(duì)服務(wù)器的要求，正常運(yùn)行時(shí)客戶(hù)機(jī)從主服務(wù)器得到數(shù)據(jù)，當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)客戶(hù)機(jī)自動(dòng)地更換以太網(wǎng)地址，與冗余的服務(wù)器連接，DCS廠家應(yīng)給出服務(wù)器切換的時(shí)間，建議內(nèi)存增加到2G以提高系統(tǒng)性能。

    6.13 目前錦界電廠DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和交換機(jī)配置能滿足數(shù)據(jù)可靠、高效通訊的要求，若要進(jìn)一步提高DCS系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性，提高網(wǎng)絡(luò)的效率和可靠性，應(yīng)采用工業(yè)交換機(jī)和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件。

    其他作者：梅德奇（1973―），男，工程師，陜西國(guó)華錦界能源責(zé)任有限公司設(shè)備維護(hù)部主任工程師，從事600MW機(jī)組DCS系統(tǒng)的研究和管理工作。