王贵波;王义国
【摘 要】普光气田天然气探明储量5000-5500亿立方米,是国内最大的气田之一,工业以太网技术在普光气田的成功应用是一个非常有价值、值得深入研究的课题,将对我国高储量气田工业控制系统是一个历史性的突破.本文针对工业以太网系统的硬件和软件的关键技术在普光气田的应用做了深入的研究,阐述了工业以太网系统的关键特点,并对应用的现状和发展前景做了较为全面的总结. 【期刊名称】《自动化博览》
【年(卷),期】2013(000)004
【总页数】4页(P102-105)
【关键词】工业以太网;OSPF关键技术;集输系统;以太网技术应用;工业通信
【作 者】王贵波;王义国
【作者单位】中石化中原油田普光分公司,四川,达州636156;北京塞特雷特科技有限责任公司,北京100102
【正文语种】中 文
【中图分类】TE41
1 引言
工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容。产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面能满足工业现场的需要。工业以太网的优点在普光气田得到了很好的应用。
2 工业以太网应用于工业现场的关键特点
2.1 通信确定性与实时性
工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求， 即信号传输要足够快和满足信号的确定性。实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。采用快速以太网加大网络带宽。Ether-net的通信速率从10、100 Mb/s增大到如今的1、10Gb/s。在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，即网络碰撞机率大大下降，从而提高其实时性。采用全双工交换式以太网。用交换技术替代原有的总线型CSMA/CD技术，避免了由于多个站点共享并竞争信道导致发生的碰撞，减少了信道带宽的浪费，同时还可以实现全双工通信，提高信道的利用率。 2.2 稳定性与可靠性
传统的Ethernet并不是为工业应用而设计的，没有考虑工业现场环境的适应性需要。由于工业现场的机械、气候、尘埃等条件非常恶劣，因此对设备的工业可靠性提出了更高的要求。在工厂环境中，工业网络必须具备较好的可靠性、可恢复性及可维护性。
2.3 安全性
在工业生产过程中，很多现场不可避免地存在易燃、易爆或有毒气体等，对应用于这些工
业现场的智能装置以及通信设备，都必须采取一定的防爆技术措施来保证工业现场的安全生产。
3 普光气田工业以太网系统组成和网络拓扑结构
普光气田是我国已投产的规模最大、丰产最高的特大型海相整装气田，由于其高酸高含硫的特点，对集输工艺、自动控制及通信传输提出了更高的要求。SCADA系统作为现场数据采集、参数调节及设备控制的重要系统，对安全生产起着至关重要的系统，而工业以太网作为SCADA系统的数据传输通道，必须具备极高的可靠性与稳定性以满足SCADA数据传输的需要。
3.1 普光气田工业以太网系统组成
普光气田主体开发地面集输工程工业以太网共包括16座集气站场、29座线路截断阀室、1座集气末站、1座污水站及1座中心控制室。普光二期地面集输工程工业以太网系统包括7座集气站、18座阀室，1座中控室。其中主体和大湾区块各自成环，在中控室进行对接，使系统能够互访，各系统骨干网络为1000M bit/s的光纤以太网，中控室、场站或阀室内部
的子系统网络为100Mbit/s的电气以太网络。整个系统采用西门子工业级SCALANCE-X系列交换机进行构架。
3.2 普光气田工业以太网拓扑结构
工业以太网骨干网络采用双环网冗余结构，沿工艺管线敷设42km埋地光缆，与电力线路同时架设51km架空光缆，使用长距离光纤模块将中控室、场站以及各个阀室连接在一个环网上。与中控室较近的场站（集气站末站和污水站），分别采用星型连接以光缆直接接入中控室系统。图1为工业以太网环网拓扑图，图2为为典型站场网络拓扑图。
图1 工业以太网环网拓扑图
图2 典型站场网络拓扑图
骨干环网络利用西门子工业级交换机SCALANCE X308-LH组成1000Mbit光纤网络。骨干环网由西门子HSR协议提供单点故障保护，保证骨干链路故障情况下通讯不受影响。骨干网络提供的1000Mbit/s全双工线速交换能力（实际提供2000Mbit/s双向带宽）。并可通过IEEE802.1q的VLAN划分方式，对各子系统网络流量进行划分并优化流量。全网支持SNT
P，3ms精度时钟同步。基于PROFINET RT（Real Time）标准以数据4级优先级队列，提供QoS服务。
普光主体骨干网与48个子系统网络、大湾区块骨干网及28个子系统网络共同组成普光气田集输以太网系统。
4 普光工业以太网系统特点和优势
普光气田工业以太网系统采用双网冗余，相互独立，另有无线备用链路，在有线出现多个故障点时，网络自动切换到无线，做到双网切换、无线切换。对于普光气田工业以太网系统，主要有以下特点和优势。
4.1 安装特点
全网西门子交换机采用导轨式安装，安装在标准DIN导轨上和S7-300 标准导轨，有易于安装和卸下。工业以太网交换机经常处于严重振动之下（> 10 g），则使用 S7-300 标准导轨进行安装。DIN 导轨在振动超过 10 g 的情况下不能提供足够支撑。虽然工业以太网交换机在使用过程中不会处于严重的振动之下，但是考虑到普光气田的特殊的山区地理环境，在
运输过程中不可避免会处于严重的振动之下，为了减少设备在运输过程中损坏，保证交换机的使用寿命，采用S7-300 标准导轨进行安装。
普光主体以太网机柜采用的安装交换机的导轨为35 mm DIN导轨 ，普光二期以太网机柜采用的是SIMATIC S7-300 标准导轨。S7-300 标准导轨的用料、牢固性上都优于35 mm DIN导轨。
4.2 双路冗余供电
所有设备供电都采用西门子SITOP电源，并是双路冗余，设备供电也是采用双路输入。保证设备供电的安全。
