高酸气田工业以太网传输技术

程小波 徐向辉 田烨瑞 吴拯亚

【摘要】本文从应用上总结了工业以太网在高酸气田复杂环境下的网络拓扑结构，阐述了在高酸气田复杂环境下工业以太网良好的故障自愈能力，论证了普光气田工业以太网在工业自动化数据传输方面可靠性与先进性，在高酸气田的应用取得了良好效果。

【关键词】工业以太网 网络拓扑 故障自愈

普光气田是我国已投产的特大型海相整装气田，由于其高酸高含硫的特点，对通信数据传输提出了更高的要求。工业以太网作为数据采集与监控系统的数据传输通道，必须具备良好的可靠性与稳定性以满足数据传输的需要。

1 概述

普光气田工业以太网包括普光主体和大湾区块两部分，共包括23座集气站场、47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。其中普光主体和大湾区块各自构成环网，在中心控制室进行对接。工业以太网骨干网络采用双环网冗余结构，由骨干环网和系统子网组成。骨干环网络利用工业级二层交换机组成光纤网络，具有1000Mbit/s全双工线速交换能力，由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，并通过IEEE802.1q的VLAN划分方式对各子系统网络流量进行划分并进行优化。各子系统网络与骨干网连接处采用工业级三层交换机进行连接，以动态路由协议连接无线冗余路径，在子系统网络与骨干网有线连接中断的情况下，完成有线网络向无线路径的切换。

2 普光气田工业以太网技术优势

普光气田工业以太网系统采用环网冗余、无线备用的拓扑结构，在设备安装维护、扩展性，特别是在双网切换和故障快速愈合等方面具有巨大的技术优势。

2.1 设备安装便捷，并采用双电源供电

工业以太网交换机均安装在标准导轨上，易于安装和卸下，便于维护；并采用相互独立的两路电源供电，保证了设备供电安全。

2.2 使用卡存储介质提高了设备维护效率

存储卡用于交换机设备的配置存储、备份。在设备替换或故障时用于恢复配置，使维护更加快捷。

2.3 良好的网络扩展性

普光主体工业以太网系统和大湾区块工业以太网系统为两个逻辑环，两个环网在中控室实行对接，对接采用光缆连接的方式连接两个环网的核心交换机。在集气站场和阀室增加的情况下，能够实现快捷的网络扩展。

2.4 高速冗余环协议提高了网络可靠性

当骨干网环路的光缆因各种原因发生一处断点时。高速冗余环协议可以快速将骨干环网上的数据流向改变，故障自愈时间小于300ms，保证了数据传输。

2.5 无线接入技术作为备用链路

当骨干网环路的光缆因自然灾害、人为失误或设备老化等原因发生多处断路时，或站场三层网络交换机与骨干网间的有线连接发生断路时，被隔离站场切换到无线传输链路与中心控制室通讯。有线链路向无线链路的切换由动态路由协议来完成，该协议将各站场与骨干环网划分成不同自治域，并对有线链路与无线链路分配不同优先等级，当有线链路发生中断时，动态路由协议在1s内完成切换。

2.6 双网切换使网络更加可靠

站场子系统网络中的三层网络交换机发生故障，或子系统网络连接至该设备的连接发生断路，或单网有线链路与无线链路均无法进行通讯时，基于双网冗余的系统结构，数据通讯由1#千兆光纤环网切换到2#千兆光纤环网。该切换由数据采集与监控系统网卡的切换完成，切换时间在1s之内。由于双网系统中双网结构相同，切换后系统仍然能够承受上文所述的几种故障情况发生，并能进行相应的切换。因此，该系统网络能够承受的故障点数量可达到5个。使整个网络在大规模自然灾害或恶劣气候条件等各种极端情况下能够不间断运行。如下图1所示。

由于网络设备硬件故障而产生的系统中断不超过1s，在此基础上附加再次产生的硬件故障，在备件充足、维护人员熟练的情况下，基于存储卡或远程配置恢复的功能，系统中断时间可以控制在以小时为单位的时间内。

3 结语

在特殊环境工业自动化数据传输领域中，工业以太网必须具备合理的网络结构与稳定的网络性能，才能满足工业数据传输得要求以支撑安全生产。未来，具有良好网络拓扑结构与网络自愈功能的工业以太网将在工业自动化数据传输方面发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1] 以太网交换机技术要求.YD/T 1099-2005

[2] 路由器设备技术规范-高端路由器.YD/T 1097-2001

[3] 路由器安全技术要求.GB/T 18018-1999