SCALANCE S615模块在船舶尾气后处理远程监控系统上的应用

王海江

摘  要：西门子新推出的最新安全模块Scalance S615，配备了5个以太网端口，用户可以配置多达5个采用独立防火墙规则的可变安全区，可以同时接入5套独立的局域网系统，通过防火墙或虚拟专网VPN（IPsec和Open VPN）为各种网络拓扑提供保护，通过Sinema Remote Connect远程管理平台能轻松进行集成和系统参数配置，该模块可以为船舶尾气后处理控制系统提供安全、快捷的远程监控服务，提高售后服务效率，节约服务成本。

关键词：S615;船舶尾气;后处理;远程监控

中图分类号：X736.3 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）36-0017-03

Abstract： Siemens' latest security module， Scalance S615， is equipped with five Ethernet ports. Users can configure up to five variable security zones with independent firewall rules， can access five independent LAN systems at the same time， and provide protection for various network topologies through firewalls or virtual networks VPN （IPsec and Open VPN）. Integration and system parameters can be easily configured through the Sinema Remote Connect remote management platform. This module can provide safe and fast remote monitoring service for the ship exhaust aftertreatment control system， improve the after-sales service efficiency and save the service cost.

Keywords： S615; ship exhaust; post-treatment; remote monitoring

1 背景介紹

受全球范围内节能减排法规的驱使，船舶航海领域的相关减排措施也如雨后春笋般涌现;所有船舶的节能减排措施都是围绕船舶发动机进行的，包括机前处理措施、机内处理措施和排气后处理措施，其中机前的主要措施是使用替代的清洁燃料，比如天然气、生物柴油、低硫低碳燃油等措施;机内措施主要包括优化发动机内部结构和强度，提高压缩比和燃烧温度，提高燃烧效率，优化控制策略和点火正时;后处理措施主要包括尾气脱硫脱氮、废气再循环、尾气脱碳等措施。

近年来，船舶尾气脱硫脱氮设备市场需求量激增，截止2019年年底全球已完成超过2000套的脱硫脱硝系统安装，大量项目的实施给后续设备运行维护和售后带来巨大挑战，因此为船舶尾气处理设备配置远程监控系统，可以远程监控设备的运行状态，提高售后服务的及时性，降低售后维护成本，为船东提供更好的产品和服务。

2 船舶尾气后处理控制系统架构

2.1 船舶脱硫控制系统

船舶脱硫系统的工作原理是利用海水的天然碱性，必要时也添加适量的碱性物质，通过海水泵被抽取到脱硫塔对发动机烟气进行洗涤，脱除发动机烟气中SOx等硫化物，防止含硫烟气直接排入大气中形成酸雨，污染大气和海洋环境;其控制系统主要包括主控制柜、配电柜、变频柜、远程控制箱和系统必须的仪器仪表、遥控阀组、烟气和水质监测设备等控制部件。控制系统硬件架构如图1所示：

2.2 船舶脱氮控制系统

船舶脱氮系统的工作原理是利用选择性催化还原的原理，采用尿素（或液氨等）作为还原剂，在催化剂（附着在载体上）的作用下有选择性地与发动机尾气中的NOx反应产生无污染的氮气和水，防止直接排入大气环境后生成光化学烟雾、酸雨和臭氧，损害人类身体健康，破坏大气环境;其控制系统主要包括主控制柜、给料及计量控制柜、仪器仪表和烟气监测设备等控制部件，控制系统硬件架构如图2所示：

3 S615安全网关功能介绍

Scalance S615是西门子推出的一款用于网关和数据监控的安全模块，能够通过基于网络的管理（WBM）、命令行接口（CLI）和简单网络管理协议（SNMP）进行配置、管理和诊断局域网控制系统;具有多达五个独立防火墙规则的可变安全区;可借助Sinema Remote Connect远程管理平台轻松完成参数配置、在线诊断、程序更新等功能，方便管理网络连接，访问分布在不同地点的机器设备;在防止非法访问工业网络和自动化系统方面具有更高的可靠性。其主要功能如下：

3.1 网络配置和管理

（1）基于HTTP和HTTPS的Web管理（WBM）架构

（2）基于Telnet和SSH的命令接口（CLI）

3.2 安全功能

（1）具有NAT功能的路由器

（2）密码保护

（3）防火墙模式

（4）sinema RC客户端

（5）代理服务器

（6）西门子远程服务（SRS）

3.3 监控、诊断和维护

（1）LEDs显示，通过LED显示器显示操作状态;

（2）数据记录，用于监视、记录事件;

（3）从中心站监控和控制网络组件。

船舶脱硫脱硝系统作为一个相对独立的局域网单元，而且是移动源，对其系统实时监控和远程管理有一定的难度，借助S615网关模块强大的安全和处理能力，能够保证对船舶脱硫脱硝系统远程监控各种功能的顺利实施。

4 船舶尾气后处理远程监控技术要求

4.1 主要功能

船舶尾气后处理远程监控系统的主要功能是实现远程监视系统运行状态、远程故障诊断、远程故障排除和远程升级系统软件等远程操控，目的是缩短售后响应时间，提高服务效率，快速查明原因，快速解决问题，减少售后维护成本，减少由于系统故障导致的船东运营损失。

除了配备必要的硬件设备外，还需要借助西门子的Sinema Remote Connect远程管理平台软件对船舶上实际的控制界面进行远程操控，完全替代本地调试工程师的本地操作。

4.2 硬件及软件配置

考虑到船舶作为移动源，要实现远程监控功能，需在控制系统架构内增加Scalance S615网关模块和网络交换机，完成对相关控制模块的组网和硬件连接，然后借助船舶自身的网络链路，并经过适当的软件和IP设置，实现远程路基互联;同时，配置了S615网关模块的远程控制系统可以作为VPN服务器或VPN客户端使用，实现远程维护和局域网内各设备之间的数据完全交互，也可以通过选择工业防火墙进行进一步加密，防止未经授权的设备或流量进入局域网，有效保护局域网系统数据安全。

4.3 船舶尾气后处理远程监控系统

船舶后处理远程监控系统是依托船舶脱硫和船舶脱氮等后处理装置自身的控制系统硬件架构，通过优化硬件网络结构，增加S615安全模块和其它必要的附属通讯模块，高度集成化的控制系统，具有远程实施监控、远程故障诊断、故障排除、修改完善系统参数设置，必要时进行软件升级等一系列的远程操作，同时可以通过设置一定的权限，保证对脱硫和脱氮两套系统进行独立远程操控，保护各自隐私，避免关键信息共享。硬件架構如图4所示。

5 结束语

现在的工业产品都提倡高度智能化和无人值守，尤其对于船舶这种移动源设备，其内部配套的各种设备及其控制模块更需要智能化控制和远程实时在线监控，只有这样设备供应商才能为船东提供更好的服务和快速响应，减少过多的人力资源成本投入，将设备的售后运营服务成本降到最低。西门子S615安全网关模块引入船舶尾气后处理系统，可以实现远程在线监控系统运行、远程故障诊断、远程故障排除和定期设备维护。未来还可以将该模块推广应用到更多的船舶配套设备上，为船东提供更加智能化的配套产品和快捷服务，提高运行效率，实现收益最大化。

参考文献：

[1]MEPC 259（68）2015 GUIDELINES FOR EXHAUST GAS CLEANNING SYSTEMS[Z].May 15，2015.

[2]Operating Instructions， Industrial Ethernet Security SCALANCE S615（2018.8）[Z].

[3]User Guide，SIEMENS Industry Security Scalance S[Z].2008.2.

[4]周松，肖友洪，朱元清.内燃机排放与污染控制[M].北京航空航天大学出版社，2010.