工業(yè)以太網(wǎng)交換機的具體應用和部署.ppt

工業(yè)以太網(wǎng)交換機的具體應用和部署,綱要,1、工業(yè)以太網(wǎng)交換機,2、工業(yè)以太網(wǎng)交換機在智能變電站中的應用,3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,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（Industrial Ethernet Switches）是可以滿足工業(yè)現(xiàn)場需要，技術上與商業(yè)以太網(wǎng)交換機兼容，而實時通訊、可靠性、穩(wěn)定性、安全性、環(huán)境適應性等各方面要求高于商業(yè)以太網(wǎng)交換機的一種以太網(wǎng)設備?？杉毞譃榉譃榫W(wǎng)管型（Managed）和非網(wǎng)管型（Unmanaged）。網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機具有單位價值高的特點，目前占據(jù)市場主流。 特征： (1)功能：工業(yè)以太網(wǎng)交換機與工業(yè)網(wǎng)絡通訊更加接近，比如各種現(xiàn)場總線的互通互聯(lián)、設備的冗余以及設備要求的實時性。 (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，特別是溫度對工業(yè)網(wǎng)絡設備的影響是最廣泛的。,工業(yè)以太網(wǎng)交換機簡介,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)交換機市場需求出現(xiàn)大幅增長。2008年，中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場規(guī)模達5.4億人民幣，預計未來會以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)交換機市場規(guī)模,中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機正處于產(chǎn)品生命周期的成長期，被廣泛應用于交通、電力、冶金、煤炭、石化、水處理等行業(yè)。,工業(yè)以太網(wǎng)交換機的應用,1、工業(yè)以太網(wǎng)交換機,2、工業(yè)以太網(wǎng)交換機在智能變電站中的應用,3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,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)的一個最重要、最關鍵的“終端”，承擔為智能電網(wǎng)提供數(shù)據(jù)和控制對象的功能。 采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。因此，智能變電站需要數(shù)字化的通信平臺。 基于IEC61850標準的變電站網(wǎng)絡通信是最大的共同點。,智能變電站概念,智能變電站的組成,星形拓撲結(jié)構 最小延遲從IDE到IDE之間只有三跳； 全部連接到中心交換機通常成本高且不易實現(xiàn)； 沒有冗余任一電纜/交換機的故障可能導致多個IDE與站控級斷開。,典型網(wǎng)絡結(jié)構,環(huán)形拓撲結(jié)構 N+1網(wǎng)絡冗余容錯能力； 采用RSTP自動組態(tài)； 多環(huán)連接可以組成網(wǎng)格形拓撲結(jié)構。,通信網(wǎng)絡：基于可行性、可靠性、重要性等 站控間隔層網(wǎng)絡 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 采樣值: 點對點組網(wǎng)點對點組網(wǎng) GOOSE: 組網(wǎng)點對點組網(wǎng) 交換機 VLAN: 工程化應用 GMRP、1588,智能變電站系統(tǒng)中基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機的通信網(wǎng)絡,網(wǎng)絡結(jié)構的推薦,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/周波供保護測控，200點/周波點對點供計量 9-2、48點/周波，16回達到80Mbit/s 以太網(wǎng)時鐘同步與采樣網(wǎng)合一 IEEE 1588v2，硬件參與，ns級對時，滿足計量要求 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)絡機構,智能變電站網(wǎng)絡機構,智能變電站網(wǎng)絡機,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到或高于保護裝置的要求 符合IEC61850-3，IEEE1613 CLASS2標準 適應惡劣環(huán)境，寬工作溫度范圍（無風扇散熱）：40 to +85C，濕度達95% 交換功能方面（Switching Functions） 保證GOOSE報文傳輸，零丟包 保證網(wǎng)絡實時性，支持優(yōu)先級 支持VLAN 支持RSTP網(wǎng)絡冗余 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 時鐘同步，SNTP，IEC61588（IE1588）,智能變電站系統(tǒng)對工業(yè)以太網(wǎng)交換機的要求,注：本部分內(nèi)容主要來源于智能變電站網(wǎng)絡交換機技術規(guī)范,智能變電站實時報文的優(yōu)先級處理,過程層網(wǎng)絡,站控層網(wǎng)絡,全線速交換機，100%可用帶寬 增加帶寬如果100Mbps不夠，采用1000Mbps作為主干 交換機必須支持GOOSE報文 采用IEEE 802.1p優(yōu)先級 采用IEEE 802.1q VLAN隔離實時數(shù)據(jù) IGMP Snooping用于組播過濾和管理,實時性問題的解決,減少廣播流量 隔離帶有關鍵實時數(shù)據(jù)的IEDs，這些設備不需要處理無關的數(shù)據(jù)包 隔離產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)輸出的設備,VLAN(802.1Q),GMRP組播功能,GARP Multicast Registration Protocol，二層IEEE 802.1D標準。 在支持GMRP的交換機和裝置之間傳輸組播注冊信息，動態(tài)維護組播地址表。 GMRP = off 組播被發(fā)送到交換機的所有端口；GMRP = on 組播只發(fā)送到“member”端口。,IEEE 1588 時鐘同步,浙江紹興110kV大侶變電站 來源于ROGGEDCOM,基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機的智能變電站實際案例,浙江外陳220kV智能變電站,上海南橋500kV智能變電站 來源于 ROGGEDCOM,中國市場中應用于智能變電站的工業(yè)以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品,中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場活躍著大約50家廠商。這些廠商可以被簡單地分成兩個陣營，一類是以赫思曼為代表的傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)品供應商，另一類是以西門子為代表的系統(tǒng)解決方案供應商。有些廠商兩種角色兼?zhèn)洌缥魉鼓吞亍?分銷是中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場的主要渠道。有近70%的工業(yè)以太網(wǎng)交換機是通過分銷的方式進入到市場的。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這些市場規(guī)模大的廠商，他們在國內(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)交換機市場上比較知名的經(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)交換機的能力，但是卻沒有做市場推廣，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)交換機走向市場的模式,1、工業(yè)以太網(wǎng)交換機,2、工業(yè)以太網(wǎng)交換機在智能變電站中的應用,3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,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)由許多個子系統(tǒng)組成，包括控制和調(diào)度系統(tǒng)（信號系統(tǒng)）、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡化視頻監(jiān)視系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在軌道交通運行過程中起著極大作用，就像軌道沿線分布著不同站點一樣，它們通常分布在各個不同的地方。 軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)的主要功能包括對機電設備的實時集中監(jiān)控和各系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)聯(lián)動。 一方面，通過ISCS系統(tǒng)可實現(xiàn)對PSCADA、FAS、BAS、ACS、PA、PSD、AFC、CLK等系統(tǒng)進行實時集中監(jiān)控的基本功能。另一方面，通過ISCS系統(tǒng)，還可實現(xiàn)晚間非運營情況下，日間正常運營情況下、緊急突發(fā)情況下和重要設備故障情況下各相關系統(tǒng)設備之間協(xié)調(diào)互動等高級功能。,軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng),高可靠性 實時監(jiān)視和圖像獲?。阂曨l監(jiān)視系統(tǒng)必須實現(xiàn)交通情況的實時傳輸。 高帶寬 無線網(wǎng)絡：每個十字路口的交通控制器應該能夠使用無線網(wǎng)絡來傳輸一部分信號來實現(xiàn)信息的同步，這樣可以減少線纜的費用。 嵌入式計算能力 嵌入式計算機對控制信號進行實時運算，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：冗余性在交通系統(tǒng)中扮演著重要的角色，它可以保證整個系統(tǒng)無間斷運行。 抗干擾 寬溫設計：通常，交通自動化系統(tǒng)中所采用的設備必須能夠在-40到75的溫度范圍內(nèi)正常工作。 實時以太網(wǎng) 鐵路系統(tǒng)需提供實時信息,并開需要開放快速的傳輸網(wǎng)絡。,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)絡結(jié)構,完整的軌道交通系統(tǒng)是一個層次化的網(wǎng)絡。 設備層控制網(wǎng)絡一般采用現(xiàn)場總線，它們通過網(wǎng)關實現(xiàn)與以太網(wǎng)絡的通信。所有的現(xiàn)場信息經(jīng)由以太網(wǎng)絡被傳輸給上層網(wǎng)絡。 工作站級控制網(wǎng)絡通過以太網(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)絡以實現(xiàn)站與站之間運行信息的傳輸。 骨干網(wǎng)絡收集到來自各站點的系統(tǒng)運行信息并將它們傳輸?shù)街锌厥?。這樣，中控室得到足夠的信息之后便可以對系統(tǒng)進一步分析和控制。 設備層網(wǎng)絡主要采集來自PLC、DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場I/O設備、SCADA和CCTV系統(tǒng)的系統(tǒng)運行信息，并通過網(wǎng)關將這些信息發(fā)送到以太網(wǎng)上。骨干網(wǎng)絡使用的是千兆以太網(wǎng)絡，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。所有的站點都采用三層網(wǎng)絡的結(jié)構連接在一起，實現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定運行時所需信息的整合。,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 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 最多支持48個千兆端口，4個萬兆端口 支持RIP V1,V2,OSPF，VRRP等三層協(xié)議 Turbo Ring(自愈時間20ms，全負載) 和RSTP/ STP 來源于MOXA,軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中交換機的性能需求,BAS 系統(tǒng)二層 PLC 通訊交換機 EDS-600系列 緊湊型模塊化網(wǎng)管型以太網(wǎng)交換機 緊湊型模塊化設計 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 DA-710系列 基于x86架構機架式嵌入式工業(yè)計算機 配備4個擴展模塊插槽，可用于擴展 網(wǎng)口或串口，每個模塊最多8個端口 Intel賽揚M 2.0 GHz處理器，前端總線 頻率533 MHz 4個獨立MAC千兆網(wǎng)口，支持冗余網(wǎng)絡,ISCS 系統(tǒng)FEP RISC 平臺 、 來源于MOXA,DA-662系列 基于RISC架構機架式嵌入式計算機 國家電網(wǎng)電磁兼容性4級認證 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個軟件選擇RS-232/422/485串口,PSCADA系統(tǒng) 工業(yè)級光纖收發(fā)器/光電轉(zhuǎn)換器 IMC-101系列 工業(yè)級10/100/1000BaseT(X)轉(zhuǎn) 100/1000BaseFX光電轉(zhuǎn)換器 Link Fault Pass-Through (LFP) 寬溫型號支持-4075工作溫度 電源故障或線路中斷時，繼電器輸出警報,PSCADA系統(tǒng) 串口設備聯(lián)網(wǎng)服務器 NPort 5650I系列 串口設備聯(lián)網(wǎng)服務器 所有串口信號帶光電隔離保護 提供8個RS-232/422/485三合一串口 緊湊的桌面型設計,軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中交換機的產(chǎn)品,1、工業(yè)以太網(wǎng)交換機,2、工業(yè)以太網(wǎng)交換機在智能變電站中的應用,3、工業(yè)以太網(wǎng)交換機在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,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)的各個工藝段由PLC、觸摸屏、現(xiàn)場I/O站組成控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線將各部件聯(lián)接；現(xiàn)場層與監(jiān)控管理層通過以太網(wǎng)交換機進行聯(lián)接。 缺點： 工藝段進行調(diào)整時，整個工藝段的電控系統(tǒng)要重新設計； 現(xiàn)場觸摸屏的人機界面功能單薄，當現(xiàn)場操作觸摸屏出現(xiàn)問題時，其所負責的監(jiān)控的工藝段就無法實現(xiàn)人機交互的功能； 當控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控計算機停機（包括正常停機和故障停機）時，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是一個整體的解決方案，它使用TCP/IP和IT標準，符合基于工業(yè)以太網(wǎng)的實時自動化體系。PROFINET能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場總線的無縫集成；它可以滿足用于所有客戶需要的統(tǒng)一的通信，將現(xiàn)場總線傳輸現(xiàn)場信息的實時性、使用方便、診斷功能強和經(jīng)濟性的特點，與工業(yè)以太網(wǎng)的多主站、通用性、同時能夠通過采用不同速率來傳輸大數(shù)量信息的特點有機地結(jié)合起來。 由具有網(wǎng)絡管理功能和三層交換路由功能的工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成冗余光纖環(huán)網(wǎng)作為車間級的主干通訊網(wǎng)絡網(wǎng)，主要用于各控制系統(tǒng)間的網(wǎng)絡通訊和控制系統(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)交換機為各工藝段控制系統(tǒng)構建星型控制子網(wǎng)絡，以提供各控制段主控器件和IO站點間的網(wǎng)絡通訊。各控制子網(wǎng)可通過交換機接入主干網(wǎng)。 為集中監(jiān)控系統(tǒng)構建子網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡一方面通過以太網(wǎng)交換機接入車間主干網(wǎng)，完成集中監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)間的網(wǎng)絡通訊;另一方面通過交換機或Web服務器與廠級網(wǎng)絡連接，為廠級數(shù)據(jù)通訊提供網(wǎng)絡接口，同時在與廠級網(wǎng)接口處安裝硬件防火墻，以保護集控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)安全，防止來自廠級網(wǎng)和Internet的侵害。 所有網(wǎng)絡設備采用雙路供電，以保證網(wǎng)絡設備具備冗余電源供應，確保網(wǎng)絡的穩(wěn)定可靠。,基于PROFINET新制絲線控制系統(tǒng)解決方案描述,實現(xiàn)功能： 批次任務管理； 集中監(jiān)控； 生產(chǎn)報表、統(tǒng)計； 設備控制； 電機保護和緊急斷電； 回路控制； 在線診斷； 報警； 變頻控制。,新制絲線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構圖,PROFINET交換機構建冗余光纖環(huán)網(wǎng)，各工藝段的電氣設備不再按物理劃分，全部就近接入工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET。各工藝段的邏輯結(jié)構在組態(tài)時完成，與硬件位置無關。,PLC要求具備PROFINET接口，現(xiàn)場I/O子站的藕合器要求具備PROFINET接口。此外，交換機要求支持PROFINET功能，這樣才能傳送實時信號。 控制層骨干網(wǎng)絡由最新的SCALANCEX系