工业以太网交换机的具体应用和部署

,Click to edit Master text styles,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,工业以太网交换机的具体应用和部署,纲要,1,、工业以太网交换机,2,、工业以太网交换机在智能变电站中的应用,3,、工业以太网交换机在轨道交通综合监控系统中的应用,4,、工业以太网,PROFINET,革新制丝线控制系统解决方案,工业以太网交换机（,Industrial Ethernet Switches,）,是可以满足工业现场需要，技术上与商业以太网交换机兼容，而,实时通讯、可靠性、稳定性、安全性、环境适应性,等各方面要求高于商业以太网交换机的一种以太网设备。可细分为分为,网管型（,Managed,）,和,非网管型（,Unmanaged,）,。网管型工业以太网交换机具有,单位价值高,的特点，目前占据市场主流。,特征：,(1)功能：,工业以太网交换机与工业网络通讯更加接近，比如各种现场总线的互通互联、设备的冗余以及设备要求的实时性。,(2)性能：,主要体现在适用外界环境的参数不一样，工业环境除了特别恶劣的环境之外，还要求有,EMI,电磁兼容、温度、湿度、防尘等，特别是温度对工业网络设备的影响是最广泛的。,工业以太网交换机简介,根据Frost&Sullivan的行业研究，从2005年开始，中国工业以太网交换机市场需求出现大幅增长。2008年，中国工业以太网交换机市场规模达5.4亿人民币，预计未来会以26.2%的增速保持增长（如图所示，2008-2013年的CAGR为26.2%）。,中国工业以太网交换机市场规模,中国工业以太网交换机正处于产品生命周期的成长期，被广泛应用于交通、电力、冶金、煤炭、石化、水处理等行业。,工业以太网交换机的应用,1,、工业以太网交换机,2,、工业以太网交换机在智能变电站中的应用,3,、工业以太网交换机在轨道交通综合监控系统中的应用,4,、工业以太网,PROFINET,革新制丝线控制系统解决方案,智能变电站,的概念是随着,智能电网,概念的提出而一并提出的，可以讲是智能电网的一个最重要、最关键的“终端”，承担为智能电网,提供数据,和,控制对象,的功能。,采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以,全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化,为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网,实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动,等高级功能的变电站。因此，智能变电站需要,数字化的通信平台,。,基于,IEC61850,标准,的变电站网络通信是最大的共同点。,智能变电站概念,数字化平台,通信网络；,二次设备；,工具软件。,功能：,取消长电缆连接，提高系统性能，同时消除事故隐患；,使用,IEC 61850,标准，有利于设备之间的互操作。,电子式互感器,有源式电子式互感器；,无源式电子式互感器。,功能：,解决传统互感器的固有缺陷；,节约绝缘和材料成本。,智能一次设备,高压设备本体；,智能组件。,功能：,监视设备运行状态，消除事故隐患,;,提高设备运行寿命，降低全生命周期成本；,实现智能操作。,高级应用,全景数据反演；,一体化在线五防；,VQC,；,程序化顺控功能；,网络记录分析；,分担主站负担。,功能：,提高电网智能化水平。,智能变电站的组成,星形拓扑结构,最小延迟从IDE到IDE之间只有三跳；,全部连接到中心交换机通常成本高且不易实现；,没有冗余任一电缆/交换机的故障可能导致多个IDE与站控级断开。,典型网络结构,环形拓扑结构,N+1,网络冗余容错能力；,采用,RSTP,自动组态；,多环连接可以组成网格形拓扑结构。,通信网络：基于,可行性、可靠性、重要性,等,站控间隔层网络,功能和综自站相同,多套用成熟方案（国外单环网，国内单/双星）,过程层网络,采样值:点对点组网-点对点-组网,GOOSE:组网-点对点-组网,交换机,VLAN:工程化应用,GMRP、1588,智能变电站系统中基于工业以太网交换机的通信网络,网络结构的推荐,采样值、GOOSE、同步三网合一将提高系统可靠性,GOOSE,和采样值合网,带宽上具有可行性,(,稳定流量和突发性流量配合,),降低了成本,48,点,/,周波供保护测控，,200,点,/,周波点对点供计量,9-2,、,48,点,/,周波，,16,回达到,80Mbit/s,以太网时钟同步与采样网合一,IEEE 1588v2,，硬件参与，,ns,级对时，满足计量要求,提高了采样数据的可靠性,过程层合网的可能性,智能变电站网络机构,智能变电站网络机构,智能变电站网络机,均不包含组网部分,性能方面,（Performance）,电磁兼容性和和可靠性必须达到或高于保护装置的要求,符合,IEC61850-3,，,IEEE1613 CLASS2,标准,适应恶劣环境，宽工作温度范围（无风扇散热）：,40 to+85C,，湿度达,95%,交换功能方面（,Switching Functions,）,保证,GOOSE,报文传输，零丢包,保证网络实时性，支持优先级,支持,VLAN,支持,RSTP,网络冗余,具有足够的安全性,支持链路聚合,带端口镜像功能,支持组播管理，,GMRP,时钟同步，,SNTP,，,IEC61588,（,IE1588,）,智能变电站系统对工业以太网交换机的要求,注：本部分内容主要来源于,智能变电站网络交换机技术规范,智能变电站实时报文的优先级处理,过程层网络,站控层网络,全线速交换机，100%可用带宽,增加带宽如果100Mbps不够，采用1000Mbps作为主干,交换机必须支持GOOSE报文,采用,IEEE802.1p,优先级,采用,IEEE802.1qVLAN,隔离实时数据,IGMP Snooping用于组播过滤和管理,实时性问题的解决,减少广播流量,隔离带有关键实时数据的IEDs，这些设备不需要处理无关的数据包,隔离产生大量数据输出的设备,VLAN(802.1Q),GMRP,组播功能,GARP Multicast Registration Protocol,，二层,IEEE 802.1D,标准。,在支持,GMRP,的交换机和装置之间传输组播注册信息，动态维护组播地址表。,GMRP=off,组播被发送到交换机的所有端口；,GMRP=on,组播只发送到“,member”,端口。,IEEE 1588,时钟同步,浙江绍兴110kV大侣变电站,来源于ROGGEDCOM,基于工业以太网交换机的智能变电站实际案例,浙江外陈,220kV,智能变电站,上海南桥500kV智能变电站,来源于 ROGGEDCOM,生产厂商,主要产品,Cisco,Cisco IE 3000 Series,HIRSCHMANN,MACH Series,、,RS20/30/40 Series,、,MS20/30 Series,ROGGEDCOM,RSG2k Series,MOXA,EDS 508 Series,、,NPort 5600 Series PT-7728,东土,SICOM3024P Series,SIEMENS,SCALANCE XR Series,Korenix,JetNet 5000 Series,中国市场中应用于智能变电站的工业以太网交换机产品,中国工业以太网交换机市场活跃着大约50家厂商。这些厂商可以被简单地分成两个阵营，一类是以赫思曼为代表的传统意义上的产品供应商，另一类是以西门子为代表的系统解决方案供应商。有些厂商两种角色兼备，如西斯耐特。,分销是中国工业以太网交换机市场的主要渠道。有近70%的工业以太网交换机是通过分销的方式进入到市场的。通常外资企业采用分销的方式销售产品，内资企业采用直销的方式。,比如像,HIRSCHMANN,、,ROGGEDCOM,、,SIEMENS,、,MOXA,这些市场规模大的厂商，他们在国内的一线城市北京、上海、深圳等都有代理商，,上海海得等是中国工业以太网交换机市场上比较知名的经销商,而国内的很多中小企业虽然有生产工业以太网交换机的能力，但是却没有做市场推广，也没有更多的销售渠道，这已成为制约其发展的重要因素。,工业以太网交换机走向市场的模式,1,、工业以太网交换机,2,、工业以太网交换机在智能变电站中的应用,3,、工业以太网交换机在轨道交通综合监控系统中的应用,4,、工业以太网,PROFINET,革新制丝线控制系统解决方案,轨道交通系统由许多个子系统组成，包括控制和调度系统（信号系统）、环境监控系统、网络化视频监视系统和供电系统。这些系统在轨道交通运行过程中起着极大作用，就像轨道沿线分布着不同站点一样，它们通常分布在各个不同的地方。,轨道交通综合监控系统(ISCS)的,主要功能,包括对机电设备的实时集中监控和各系统之间协调联动。,一方面,，通过ISCS系统可实现对PSCADA、FAS、BAS、ACS、PA、PSD、AFC、CLK等系统进行实时集中监控的基本功能。,另一方面,，通过ISCS系统，还可实现晚间非运营情况下，日间正常运营情况下、紧急突发情况下和重要设备故障情况下各相关系统设备之间协调互动等高级功能。,轨道交通综合监控系统,高可靠性,实时监视和图像获取：视频监视系统必须实现交通情况的实时传输。,高带宽,无线网络：每个十字路口的交通控制器应该能够使用无线网络来传输一部分信号来实现信息的同步，这样可以减少线缆的费用。,嵌入式计算能力,嵌入式计算机对控制信号进行实时运算，然后给出正确的控制策略。,超长距离传输,冗余电源和网络：冗余性在交通系统中扮演着重要的角色，它可以保证整个系统无间断运行。,抗干扰,宽温设计：通常，交通自动化系统中所采用的设备必须能够在-40到75的温度范围内正常工作。,实时以太网,铁路系统需提供实时信息,并开需要开放快速的传输网络。,轨道交通综合监控系统要求,来源于MOXA,轨道交通综合监控系统网络结构,完整的轨道交通系统是一个层次化的网络。,设备层控制网络一般采用现场总线，它们通过网关实现与以太网络的通信。所有的现场信息经由以太网络被传输给上层网络。,工作站级控制网络通过以太网将各车站的主要子系统连接起来，然后被集成到骨干网络以实现站与站之间运行信息的传输。,骨干网络收集到来自各站点的系统运行信息并将它们传输到中控室。这样，中控室得到足够的信息之后便可以对系统进一步分析和控制。,设备层网络主要采集来自PLC、DCS系统、现场I/O设备、SCADA和CCTV系统的系统运行信息，并通过网关将这些信息发送到以太网上。骨干网络使用的是千兆以太网络，它可以为站与站之间的数据、图像传输提供足够的带宽。所有的站点都采用三层网络的结构连接在一起，实现了系统稳定运行时所需信息的整合。,轨道交通综合监控系统解决方案描述,ISCS,系统三层骨干交换机,EDS-828-G52,48G+4 10G,口万兆模块化三层网管型,工业以太网交换机,最多支持,48,个千兆端口，,4,个万兆端口,支持,RIP V1,V2,OSPF,，,VRRP,等三层协议,Turbo Ring(,自愈时间,20ms,，全负载,),和,RSTP/STP,来源于,MOXA,轨道交通综合监控系统中交换机的性能需求,BAS,系统二层,PLC,通讯交换机,EDS-600,系列,紧凑型模块化网管型以太网交换机,紧凑型模块化设计,支持,Turbo Ring,和,RSTP/STP(IEEE802.1W/D),以太网冗余,支持,QoS,，,IGMP snooping/GMRP,，,VLAN,，,LACP,，,SNMPv1/v2c/v3,，,RMON,ISCS,系统,FEP X86,平台,DA-710,系列,基于,x86,架构机架式嵌入式工业计算机,配备,4,个扩展模块插槽，可用于扩展,网口或串口，每个模块最多,8,个端口,Intel,赛扬,M 2.0 GHz,处理器，前端总线,频率,533 MHz,4,个独立,MAC,千兆网口，支持冗余网络,ISCS,系统,FEP RISC,平台,、,来源于,MOXA,DA-662,系列,基于,RI