工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的具體應(yīng)用和部署.ppt

工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的具體應(yīng)用和部署,綱要,1、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),2、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在智能變電站中的應(yīng)用,3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用,4、工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET革新制絲線控制系統(tǒng)解決方案,工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)（Industrial Ethernet Switches）是可以滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要，技術(shù)上與商業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)兼容，而實(shí)時(shí)通訊、可靠性、穩(wěn)定性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等各方面要求高于商業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的一種以太網(wǎng)設(shè)備?？杉?xì)分為分為網(wǎng)管型（Managed）和非網(wǎng)管型（Unmanaged）。網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)具有單位價(jià)值高的特點(diǎn)，目前占據(jù)市場(chǎng)主流。 特征： (1)功能：工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊更加接近，比如各種現(xiàn)場(chǎng)總線的互通互聯(lián)、設(shè)備的冗余以及設(shè)備要求的實(shí)時(shí)性。 (2)性能：主要體現(xiàn)在適用外界環(huán)境的參數(shù)不一樣，工業(yè)環(huán)境除了特別惡劣的環(huán)境之外，還要求有EMI電磁兼容、溫度、濕度、防塵等，特別是溫度對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響是最廣泛的。,工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)簡(jiǎn)介,根據(jù)Frost & Sullivan的行業(yè)研究，從2005年開始，中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)需求出現(xiàn)大幅增長。2008年，中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)5.4億人民幣，預(yù)計(jì)未來會(huì)以26.2%的增速保持增長（如圖所示，2008-2013年的CAGR為26.2%）。,中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)規(guī)模,中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)正處于產(chǎn)品生命周期的成長期，被廣泛應(yīng)用于交通、電力、冶金、煤炭、石化、水處理等行業(yè)。,工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的應(yīng)用,1、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),2、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在智能變電站中的應(yīng)用,3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用,4、工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET革新制絲線控制系統(tǒng)解決方案,智能變電站的概念是隨著智能電網(wǎng)概念的提出而一并提出的，可以講是智能電網(wǎng)的一個(gè)最重要、最關(guān)鍵的“終端”，承擔(dān)為智能電網(wǎng)提供數(shù)據(jù)和控制對(duì)象的功能。 采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。因此，智能變電站需要數(shù)字化的通信平臺(tái)。 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站網(wǎng)絡(luò)通信是最大的共同點(diǎn)。,智能變電站概念,智能變電站的組成,星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 最小延遲從IDE到IDE之間只有三跳； 全部連接到中心交換機(jī)通常成本高且不易實(shí)現(xiàn)； 沒有冗余任一電纜/交換機(jī)的故障可能導(dǎo)致多個(gè)IDE與站控級(jí)斷開。,典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) N+1網(wǎng)絡(luò)冗余容錯(cuò)能力； 采用RSTP自動(dòng)組態(tài)； 多環(huán)連接可以組成網(wǎng)格形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。,通信網(wǎng)絡(luò)：基于可行性、可靠性、重要性等 站控間隔層網(wǎng)絡(luò) 功能和綜自站相同 多套用成熟方案（國外單環(huán)網(wǎng)，國內(nèi)單/雙星） 過程層網(wǎng)絡(luò) 采樣值: 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng) GOOSE: 組網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng) 交換機(jī) VLAN: 工程化應(yīng)用 GMRP、1588,智能變電站系統(tǒng)中基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的推薦,采樣值、GOOSE、同步三網(wǎng)合一將提高系統(tǒng)可靠性 GOOSE和采樣值合網(wǎng) 帶寬上具有可行性(穩(wěn)定流量和突發(fā)性流量配合) 降低了成本 48點(diǎn)/周波供保護(hù)測(cè)控，200點(diǎn)/周波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)供計(jì)量 9-2、48點(diǎn)/周波，16回達(dá)到80Mbit/s 以太網(wǎng)時(shí)鐘同步與采樣網(wǎng)合一 IEEE 1588v2，硬件參與，ns級(jí)對(duì)時(shí)，滿足計(jì)量要求 提高了采樣數(shù)據(jù)的可靠性,過程層合網(wǎng)的可能性,智能變電站網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu),智能變電站網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu),智能變電站網(wǎng)絡(luò)機(jī),均不包含組網(wǎng)部分,性能方面（Performance） 電磁兼容性和和可靠性必須達(dá)到或高于保護(hù)裝置的要求 符合IEC61850-3，IEEE1613 CLASS2標(biāo)準(zhǔn) 適應(yīng)惡劣環(huán)境，寬工作溫度范圍（無風(fēng)扇散熱）：40 to +85C，濕度達(dá)95% 交換功能方面（Switching Functions） 保證GOOSE報(bào)文傳輸，零丟包 保證網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性，支持優(yōu)先級(jí) 支持VLAN 支持RSTP網(wǎng)絡(luò)冗余 具有足夠的安全性 支持鏈路聚合 帶端口鏡像功能 支持組播管理，GMRP 時(shí)鐘同步，SNTP，IEC61588（IE1588）,智能變電站系統(tǒng)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的要求,注：本部分內(nèi)容主要來源于智能變電站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)技術(shù)規(guī)范,智能變電站實(shí)時(shí)報(bào)文的優(yōu)先級(jí)處理,過程層網(wǎng)絡(luò),站控層網(wǎng)絡(luò),全線速交換機(jī)，100%可用帶寬 增加帶寬如果100Mbps不夠，采用1000Mbps作為主干 交換機(jī)必須支持GOOSE報(bào)文 采用IEEE 802.1p優(yōu)先級(jí) 采用IEEE 802.1q VLAN隔離實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) IGMP Snooping用于組播過濾和管理,實(shí)時(shí)性問題的解決,減少廣播流量 隔離帶有關(guān)鍵實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的IEDs，這些設(shè)備不需要處理無關(guān)的數(shù)據(jù)包 隔離產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)輸出的設(shè)備,VLAN(802.1Q),GMRP組播功能,GARP Multicast Registration Protocol，二層IEEE 802.1D標(biāo)準(zhǔn)。 在支持GMRP的交換機(jī)和裝置之間傳輸組播注冊(cè)信息，動(dòng)態(tài)維護(hù)組播地址表。 GMRP = off 組播被發(fā)送到交換機(jī)的所有端口；GMRP = on 組播只發(fā)送到“member”端口。,IEEE 1588 時(shí)鐘同步,浙江紹興110kV大侶變電站 來源于ROGGEDCOM,基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的智能變電站實(shí)際案例,浙江外陳220kV智能變電站,上海南橋500kV智能變電站 來源于 ROGGEDCOM,中國市場(chǎng)中應(yīng)用于智能變電站的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品,中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)活躍著大約50家廠商。這些廠商可以被簡(jiǎn)單地分成兩個(gè)陣營，一類是以赫思曼為代表的傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)品供應(yīng)商，另一類是以西門子為代表的系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商。有些廠商兩種角色兼?zhèn)?，如西斯耐特?分銷是中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)的主要渠道。有近70%的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)是通過分銷的方式進(jìn)入到市場(chǎng)的。通常外資企業(yè)采用分銷的方式銷售產(chǎn)品，內(nèi)資企業(yè)采用直銷的方式。 比如像HIRSCHMANN、ROGGEDCOM、SIEMENS、MOXA這些市場(chǎng)規(guī)模大的廠商，他們?cè)趪鴥?nèi)的一線城市北京、上海、深圳等都有代理商，上海海得等是中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)上比較知名的經(jīng)銷商 而國內(nèi)的很多中小企業(yè)雖然有生產(chǎn)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的能力，但是卻沒有做市場(chǎng)推廣，也沒有更多的銷售渠道，這已成為制約其發(fā)展的重要因素。,工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)走向市場(chǎng)的模式,1、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),2、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在智能變電站中的應(yīng)用,3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用,4、工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET革新制絲線控制系統(tǒng)解決方案,軌道交通系統(tǒng)由許多個(gè)子系統(tǒng)組成，包括控制和調(diào)度系統(tǒng)（信號(hào)系統(tǒng)）、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)視系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在軌道交通運(yùn)行過程中起著極大作用，就像軌道沿線分布著不同站點(diǎn)一樣，它們通常分布在各個(gè)不同的地方。 軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)的主要功能包括對(duì)機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)集中監(jiān)控和各系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。 一方面，通過ISCS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)PSCADA、FAS、BAS、ACS、PA、PSD、AFC、CLK等系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)集中監(jiān)控的基本功能。另一方面，通過ISCS系統(tǒng)，還可實(shí)現(xiàn)晚間非運(yùn)營情況下，日間正常運(yùn)營情況下、緊急突發(fā)情況下和重要設(shè)備故障情況下各相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備之間協(xié)調(diào)互動(dòng)等高級(jí)功能。,軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng),高可靠性 實(shí)時(shí)監(jiān)視和圖像獲?。阂曨l監(jiān)視系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)交通情況的實(shí)時(shí)傳輸。 高帶寬 無線網(wǎng)絡(luò)：每個(gè)十字路口的交通控制器應(yīng)該能夠使用無線網(wǎng)絡(luò)來傳輸一部分信號(hào)來實(shí)現(xiàn)信息的同步，這樣可以減少線纜的費(fèi)用。 嵌入式計(jì)算能力 嵌入式計(jì)算機(jī)對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，然后給出正確的控制策略。 超長距離傳輸 冗余電源和網(wǎng)絡(luò)：冗余性在交通系統(tǒng)中扮演著重要的角色，它可以保證整個(gè)系統(tǒng)無間斷運(yùn)行。 抗干擾 寬溫設(shè)計(jì)：通常，交通自動(dòng)化系統(tǒng)中所采用的設(shè)備必須能夠在-40到75的溫度范圍內(nèi)正常工作。 實(shí)時(shí)以太網(wǎng) 鐵路系統(tǒng)需提供實(shí)時(shí)信息,并開需要開放快速的傳輸網(wǎng)絡(luò)。,軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)要求,來源于MOXA,軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),完整的軌道交通系統(tǒng)是一個(gè)層次化的網(wǎng)絡(luò)。 設(shè)備層控制網(wǎng)絡(luò)一般采用現(xiàn)場(chǎng)總線，它們通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)絡(luò)的通信。所有的現(xiàn)場(chǎng)信息經(jīng)由以太網(wǎng)絡(luò)被傳輸給上層網(wǎng)絡(luò)。 工作站級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)通過以太網(wǎng)將各車站的主要子系統(tǒng)連接起來，然后被集成到骨干網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)站與站之間運(yùn)行信息的傳輸。 骨干網(wǎng)絡(luò)收集到來自各站點(diǎn)的系統(tǒng)運(yùn)行信息并將它們傳輸?shù)街锌厥摇＿@樣，中控室得到足夠的信息之后便可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步分析和控制。 設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)主要采集來自PLC、DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備、SCADA和CCTV系統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)行信息，并通過網(wǎng)關(guān)將這些信息發(fā)送到以太網(wǎng)上。骨干網(wǎng)絡(luò)使用的是千兆以太網(wǎng)絡(luò)，它可以為站與站之間的數(shù)據(jù)、圖像傳輸提供足夠的帶寬。所有的站點(diǎn)都采用三層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)連接在一起，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所需信息的整合。,軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案描述,ISCS 系統(tǒng)三層骨干交換機(jī) EDS-828-G52 48G+4 10G口萬兆模塊化三層網(wǎng)管型 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī) 最多支持48個(gè)千兆端口，4個(gè)萬兆端口 支持RIP V1,V2,OSPF，VRRP等三層協(xié)議 Turbo Ring(自愈時(shí)間20ms，全負(fù)載) 和RSTP/ STP 來源于MOXA,軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中交換機(jī)的性能需求,BAS 系統(tǒng)二層 PLC 通訊交換機(jī) EDS-600系列 緊湊型模塊化網(wǎng)管型以太網(wǎng)交換機(jī) 緊湊型模塊化設(shè)計(jì) 支持 Turbo Ring和RSTP/STP(IEEE802.1W/ D) 以太網(wǎng)冗余 支持 QoS，IGMP snooping/GMRP，VLAN，LACP，SNMPv1/v2c/v3，RMON,ISCS 系統(tǒng)FEP X86 平臺(tái) DA-710系列 基于x86架構(gòu)機(jī)架式嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī) 配備4個(gè)擴(kuò)展模塊插槽，可用于擴(kuò)展 網(wǎng)口或串口，每個(gè)模塊最多8個(gè)端口 Intel賽揚(yáng)M 2.0 GHz處理器，前端總線 頻率533 MHz 4個(gè)獨(dú)立MAC千兆網(wǎng)口，支持冗余網(wǎng)絡(luò),ISCS 系統(tǒng)FEP RISC 平臺(tái) 、 來源于MOXA,DA-662系列 基于RISC架構(gòu)機(jī)架式嵌入式計(jì)算機(jī) 國家電網(wǎng)電磁兼容性4級(jí)認(rèn)證 Intel X Scale IXP-425 533 MHZ處理器， 板載128 MB RAM，32 MB Flash 內(nèi)置LINUX或WINCE 5.0操作系統(tǒng) 16個(gè)軟件選擇RS-232/422/485串口,PSCADA系統(tǒng) 工業(yè)級(jí)光纖收發(fā)器/光電轉(zhuǎn)換器 IMC-101系列 工業(yè)級(jí)10/100/1000BaseT(X)轉(zhuǎn) 100/1000BaseFX光電轉(zhuǎn)換器 Link Fault Pass-Through (LFP) 寬溫型號(hào)支持-4075工作溫度 電源故障或線路中斷時(shí)，繼電器輸出警報(bào),PSCADA系統(tǒng) 串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器 NPort 5650I系列 串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器 所有串口信號(hào)帶光電隔離保護(hù) 提供8個(gè)RS-232/422/485三合一串口 緊湊的桌面型設(shè)計(jì),軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中交換機(jī)的產(chǎn)品,1、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),2、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在智能變電站中的應(yīng)用,3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用,4、工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET革新制絲線控制系統(tǒng)解決方案,原電控系統(tǒng)的各個(gè)工藝段由PLC、觸摸屏、現(xiàn)場(chǎng)I/O站組成控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線將各部件聯(lián)接；現(xiàn)場(chǎng)層與監(jiān)控管理層通過以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行聯(lián)接。 缺點(diǎn)： 工藝段進(jìn)行調(diào)整時(shí)，整個(gè)工藝段的電控系統(tǒng)要重新設(shè)計(jì)； 現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏的人機(jī)界面功能單薄，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)操作觸摸屏出現(xiàn)問題時(shí)，其所負(fù)責(zé)的監(jiān)控的工藝段就無法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能； 當(dāng)控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控計(jì)算機(jī)停機(jī)（包括正常停機(jī)和故障停機(jī)）時(shí)，整條制絲生產(chǎn)線就不能正常生產(chǎn)。,原制絲線控制系統(tǒng),PROFINET是一個(gè)整體的解決方案，它使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)，符合基于工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)化體系。PROFINET能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)總線的無縫集成；它可以滿足用于所有客戶需要的統(tǒng)一的通信，將現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸現(xiàn)場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)性、使用方便、診斷功能強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，與工業(yè)以太網(wǎng)的多主站、通用性、同時(shí)能夠通過采用不同速率來傳輸大數(shù)量信息的特點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來。 由具有網(wǎng)絡(luò)管理功能和三層交換路由功能的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成冗余光纖環(huán)網(wǎng)作為車間級(jí)的主干通訊網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)，主要用于各控制系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)通訊和控制系統(tǒng)與集中監(jiān)控系統(tǒng)間的通訊。 按照工藝段和各控制系統(tǒng)的控制范圍劃分，采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)為各工藝段控制系統(tǒng)構(gòu)建星型控制子網(wǎng)絡(luò)，以提供各控制段主控器件和IO站點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)通訊。各控制子網(wǎng)可通過交換機(jī)接入主干網(wǎng)。 為集中監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建子網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)一方面通過以太網(wǎng)交換機(jī)接入車間主干網(wǎng)，完成集中監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)通訊;另一方面通過交換機(jī)或Web服務(wù)器與廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接，為廠級(jí)數(shù)據(jù)通訊提供網(wǎng)絡(luò)接口，同時(shí)在與廠級(jí)網(wǎng)接口處安裝硬件防火墻，以保護(hù)集控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)安全，防止來自廠級(jí)網(wǎng)和Internet的侵害。 所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用雙路供電，以保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具備冗余電源供應(yīng)，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定可靠。,基于PROFINET新制絲線控制系統(tǒng)解決方案描述,實(shí)現(xiàn)功能： 批次任務(wù)管理； 集中監(jiān)控； 生產(chǎn)報(bào)表、統(tǒng)計(jì)； 設(shè)備控制； 電機(jī)保護(hù)和緊急斷電； 回路控制； 在線診斷； 報(bào)警； 變頻控制。,新制絲線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,PROFINET交換機(jī)構(gòu)建冗余光纖環(huán)網(wǎng)，各工藝段的電氣設(shè)備不再按物理劃分，全部就近接入工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET。各工藝段的邏輯結(jié)構(gòu)在組態(tài)時(shí)完成，與硬件位置無關(guān)。,PLC要求具備PROFINET接口，現(xiàn)場(chǎng)I/O子站的藕合器要求具備PROFINET接口。此外，交換機(jī)要求支持PROFINET功能，這樣才能傳送實(shí)時(shí)信號(hào)。 控制層骨干網(wǎng)絡(luò)由最新的SCALANCEX系