1　項目介紹

涪陵頁(yè)巖氣田作為國家級示范工程，是我國首個(gè)百億方頁(yè)巖氣田，同時(shí)也是全球除北美之外最大的頁(yè)巖氣田。根據現有地質(zhì)資料和產(chǎn)能評價(jià)，涪陵頁(yè)巖氣田資源量為2.1萬(wàn)億方，相當于一個(gè)1000萬(wàn)噸級的大型油田。

這一工程標志著(zhù)我國頁(yè)巖氣行業(yè)加速邁入大規模商業(yè)化發(fā)展階段，對推動(dòng)能源結構調整、緩解我國中東部地區天然氣供應壓力、加大節能減排力度以及防治大氣污染等方面均具有重要意義。

涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區塊一期工程北區產(chǎn)能建設包括1個(gè)監控中心、47個(gè)集氣站、28個(gè)采氣平臺、1個(gè)變電站、1個(gè)脫水站、3個(gè)RTU閥室；江東區塊產(chǎn)能建設包括13個(gè)集氣站，2個(gè)采氣平臺，1個(gè)RTU閥室。該工程通信系統承載了SCADA系統及安防監控系統數據，其通信設備均采用北京東土科技股份有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的SICOM系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機，涉及萬(wàn)兆、千兆等各類(lèi)交換機及光纖模塊達十幾種之多，應用設備總量已超過(guò)300臺。

東土科技工業(yè)交換機在西南山林地區潮濕、多雨、多雷暴、溫差大的環(huán)境下持續多年穩定運行，通過(guò)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、快速的供貨、專(zhuān)業(yè)的技術(shù)服務(wù)，保障了項目的順利進(jìn)行，獲得了客戶(hù)的高度認可。涪陵頁(yè)巖氣田項目在全國乃至全球油氣領(lǐng)域的示范效應，為東土科技在油氣開(kāi)采行業(yè)提供了極大的業(yè)績(jì)支撐，也為東土科技持續服務(wù)涪陵頁(yè)巖氣田后續項目以及全行業(yè)應用奠定了堅實(shí)的基礎。

2　強健的網(wǎng)絡(luò )結構

2.1　SCADA系統

2.1.1　SCADA系統概述

涪陵頁(yè)巖氣田累計產(chǎn)氣和銷(xiāo)氣量均已突破160億方，2017年產(chǎn)量達60.04億方，日銷(xiāo)售頁(yè)巖氣最高達1670萬(wàn)方，每天可滿(mǎn)足3340萬(wàn)戶(hù)居民的生活用氣需求。2019年，涪陵頁(yè)巖氣將持續從涪王管線(xiàn)向外輸出，惠及沿線(xiàn)6省2市共計70多個(gè)大中型城市，使得上千家企業(yè)、2億多居民從中受益，涪陵頁(yè)巖氣田SCADA系統在其中起到了關(guān)鍵性作用。

涪陵頁(yè)巖氣田SCADA系統對現場(chǎng)運行設備進(jìn)行監控，以實(shí)現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類(lèi)信號報警等各項功能，在提高系統運行的可靠性、安全性，提高經(jīng)濟效益，提高調度效率和水平方面有著(zhù)不可替代的作用。

2.1.2　SCADA系統應用需求

SCADA系統是基于計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)構成的，其本質(zhì)屬于IT系統的一種，各子系統或設備之間的信息交互完全依托于網(wǎng)絡(luò )，但SCADA系統主要面向前端設備控制，因此對網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性及冗余性要求高于其它IT系統。SCADA系統網(wǎng)絡(luò )不允許出現丟包、通信中斷或延時(shí)過(guò)高的情況，否則將對現場(chǎng)生產(chǎn)造成影響，可能造成設備損壞，甚至導致事故的發(fā)生。因此SCADA系統應用的網(wǎng)絡(luò )設備除了需要具備良好的數據交換性能外，還需具備低溫高溫適應性、抗電磁干擾強、防鹽霧及抗震性強等特點(diǎn)。

2.1.3　SCADA系統組網(wǎng)介紹

圖1 SCADA系統拓撲圖

本項目的SCADA系統網(wǎng)絡(luò )為PCS控制器、RTU控制器、SIS控制器等設備提供冗余、實(shí)時(shí)、安全可靠的傳輸通道，可為重要數據提供兩個(gè)獨立的傳輸通道連接核心網(wǎng)絡(luò )。

（1） 網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性

保證網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性是工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )傳輸系統的核心問(wèn)題，報文傳輸的確定性主要取決于數據的零丟包和數據傳輸的低延遲。

本項目應用的東土科技SICOM6448G、SICOM3028GPT工業(yè)以太網(wǎng)交換機具有以下特點(diǎn)：

·交換芯片的交換容量可保證所有端口的線(xiàn)速轉發(fā)，確保交換機存儲轉發(fā)延時(shí)小于5S，大大提高了網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性。

·支持VLAN的劃分實(shí)現廣播域的隔離，控制廣播風(fēng)暴的影響范圍。

·支持網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴抑制功能實(shí)現故障數據的有效限制，并能夠實(shí)現對單播、組播、廣播報文的分類(lèi)限制，同一物理端口上對不同種類(lèi)的報文、在不同傳輸方向上（進(jìn)、出）實(shí)現流量的分類(lèi)控制，實(shí)現業(yè)務(wù)數據與無(wú)效數據的有效區分，并將無(wú)效報文抑制在系統的最外側。

·支持QOS優(yōu)先級實(shí)現數據的優(yōu)先傳輸，確保重要數據傳輸的實(shí)時(shí)性。

·交換芯片容錯處理：交換機的每一個(gè)物理端口設置了合理大小的緩存空間，當突發(fā)數據流超出物理端口的帶寬時(shí)，能夠在一定的時(shí)間內保證數據不丟失。

·IEEE 802.3x數據流量控制：當交換機端口數據超出端口帶寬時(shí)，交換機可以和終端設備進(jìn)行協(xié)商，降低終端設備的發(fā)送速率，使系統避免因某個(gè)端口擁塞而造成數據的丟失。

（2） 網(wǎng)絡(luò )冗余性

SCADA系統網(wǎng)絡(luò )每個(gè)站點(diǎn)配置的2臺二層交換機SICOM3028GPT分別組成A、B兩個(gè)物理隔離的冗余環(huán)網(wǎng)。雙環(huán)網(wǎng)結構在物理上相互獨立，當環(huán)網(wǎng)A出現網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴、交換機掉電或設備故障時(shí)，接入終端可通過(guò)環(huán)網(wǎng)B中的交換機進(jìn)行數據通信。環(huán)網(wǎng)A出現故障不會(huì )影響環(huán)網(wǎng)B。監控中心服務(wù)器同時(shí)接收A、B網(wǎng)數據，并作出處理，有效避免了通信中斷的問(wèn)題。

SICOM6448G、SICOM3028GPT支持STP\RSTP\MSTP\IEC62439-6（DRP）環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，本項目中采用的DRP協(xié)議網(wǎng)絡(luò )自愈時(shí)間真正達到＜20ms，且不受網(wǎng)絡(luò )設備數量影響。

2.2　安防系統

2.2.1　安防系統概述

涪陵頁(yè)巖氣田安防系統視頻監控網(wǎng)可對視頻、語(yǔ)音、門(mén)禁、周界各子系統進(jìn)行監控，東土科技交換機在各系統的穩定運行中起到了橋梁的作用。通過(guò)交換機實(shí)現各個(gè)子系統之間的聯(lián)動(dòng)，逐步實(shí)現各站點(diǎn)無(wú)人值守，為客戶(hù)節約人力和時(shí)間成本。

2.2.2　安防系統應用需求

本項目視頻監控系統需接入高達600路以上1080P高清攝像頭，單個(gè)IP攝像頭碼流為4Mbps，考慮到視頻監控數據傳輸的特性如高壓縮率、流量突發(fā)性，以及周界防御、門(mén)禁、語(yǔ)音對講應急廣播等設備的傳輸流量，把視頻監控數據流量傳輸帶寬控制在占用1000Mbps工業(yè)以太網(wǎng)光纜傳輸網(wǎng)絡(luò )的50%~60%較為合理，能夠保證視頻監控傳輸的無(wú)失幀、流暢和高實(shí)時(shí)性。

2.2.3　安防系統組網(wǎng)介紹

圖2 安防系統拓撲圖

安防系統網(wǎng)絡(luò )在監控中心設置一臺SICOM6448G萬(wàn)兆交換機，前端接入SICOM3028GPT千兆交換機分別組成5個(gè)千兆光纖環(huán)網(wǎng)，每個(gè)環(huán)網(wǎng)分擔480M左右的流量，符合視頻傳輸網(wǎng)絡(luò )占用帶寬不超過(guò)60%的最優(yōu)配置，保證了視頻清晰度及流暢度。

SICOM6448G、SICOM3028GPT支持靜態(tài)組播和基于MAC地址的GMRP動(dòng)態(tài)組播功能，使帶寬資源能夠得到有效利用。

3　東土科技解決方案亮點(diǎn)

（1）SCADA系統網(wǎng)絡(luò )為雙千兆光纖環(huán)網(wǎng)，單個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)接入設備多達53臺，采用東土科技DRP冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議，保證網(wǎng)絡(luò )自愈時(shí)間＜20ms。

·縮短故障恢復時(shí)間：東土科技DRP協(xié)議綜合考慮多種環(huán)網(wǎng)冗余保護機制，提出了針對網(wǎng)絡(luò )規模增大導致故障恢復時(shí)間顯著(zhù)增加問(wèn)題的優(yōu)化解決方案，通過(guò)優(yōu)化環(huán)網(wǎng)檢測報文數據轉發(fā)機制，能夠實(shí)現與網(wǎng)絡(luò )規模無(wú)關(guān)的故障恢復時(shí)間；通過(guò)實(shí)時(shí)中斷上報等機制的引入，DRP故障恢復時(shí)間可以達到10ms以?xún)?，從而大大提高?shí)時(shí)報文傳輸可靠性，為電力、軌道交通等具有實(shí)時(shí)控制要求的應用領(lǐng)域提供更可靠的數據承載方式；

·支持豐富的鏈路檢測功能：為了提高網(wǎng)絡(luò )穩定性，東土科技DRP協(xié)議針對網(wǎng)絡(luò )應用中的典型故障進(jìn)行分析，在進(jìn)行故障檢測時(shí)除了對鏈路斷開(kāi)進(jìn)行快速檢測外，還提供了光纖單通檢測、鏈路質(zhì)量檢測、設備健康性檢測等機制，確保環(huán)網(wǎng)報文的最優(yōu)承載；

·支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲：東土科技DRP協(xié)議除支持簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)快速自愈功能外，還支持相交環(huán)、相切環(huán)等復雜組網(wǎng)，并且能夠支持基于VLAN的冗余環(huán)多實(shí)例、環(huán)端口聚合等組網(wǎng)應用，提供了靈活的組網(wǎng)模式以滿(mǎn)足多種網(wǎng)絡(luò )應用需求；

·提供豐富的診斷維護功能：東土科技DRP協(xié)議提供了豐富的狀態(tài)查詢(xún)和告警機制來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )的維護和診斷，同時(shí)防止由于誤操作或配置錯誤導致的環(huán)網(wǎng)風(fēng)暴等問(wèn)題，支持在發(fā)生誤操作和配置錯誤時(shí)提供告警提醒。

（2）核心交換機采用東土科技萬(wàn)兆工業(yè)級交換機，實(shí)現雙機冗余熱備份。

（3）選用東土科技模組化產(chǎn)品，方便業(yè)務(wù)擴充。

（4）系統安防網(wǎng)接入高達600路1080P高清攝像頭，設置5個(gè)安防環(huán)網(wǎng)，采用高buffer設備進(jìn)行視頻傳輸，在保證網(wǎng)絡(luò )可靠性的同時(shí)，滿(mǎn)足了視頻業(yè)務(wù)高帶寬傳輸的需求。

（5）安防環(huán)網(wǎng)支持多種業(yè)務(wù)接入：視頻、門(mén)禁、周界監控、IP電話(huà)等。通過(guò)配置QoS滿(mǎn)足重要數據先行傳輸的要求。

（6）安全性：SICOM6448G、SICOM3028GPT具備基于MAC地址或IP地址的端口安全，代理訪(fǎng)問(wèn)控制（基于Vlan/IP)認證802.1x，SSH，SSL，SNMP v3；支持IEEE 802.1x，支持用戶(hù)分級訪(fǎng)問(wèn)交換機；支持ACL控制，可指定特定的IP或MAC設備去訪(fǎng)問(wèn)設備；支持廣播風(fēng)暴抑制功能，確保終端設備的正常運行。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年2月刊