研华工业交换机在风力发电中的应用

　　一、风电行业背景

　　随着国家对风电行业的扶持力度加大，风电产业发展迅猛。2007年中国大陆新增风电机组3155台，装机容量330.4万KW。与2006年当年新增装机133.7万KW相比，2007年当年新增装机增长率为147.1%。

　　2007年中国大陆累积风电机组6?69台，装机容量590.6WKW，风电场158个。分布在21个省市。于2006年累计装机259.9KW相比。2007年累计装机增长率为127.2%，提前3年实现国家《可再生能源法中长期发展规划》中提出的目标。

　　随着中国风电市场的快速增长以及风电机组制造商新秀的进入，中国风电机组供应市场的竞争格局也正在悄然发生变化。风电场开发商投资建设风电场的热情也空前高涨，中国风电装机容量将在2008年底再次超过人们预想而创下新的纪录！预计到2008年底，中国风电机组新增装机容量将达到730.4万千瓦，累计装机容量将达到1335.6万千瓦，新增装机容量增长率预计将达到111.71%。

　　国家制定的2020年风电装机3000万千万的目标，有望在2011年实现。到2020年，中国风电装机保守估计将达到8000万千瓦。

　　随着风力发电场的大量建设，风场信息化管理系统，风机远程监控系统也大量应用。这些系统应用环境恶劣，需要管理型宽温工业以太网交换机进行网络支持。近期国内一大型风机整机制造企业选择了研华EKI系列交换机作为其风场管理系统的主干网交换机。

　　二、风电领域对网络交换机的需求

　　1、风电应用环境恶劣，昼夜温差大，风沙严重，要求工作温度：-45～75℃存储温度：-45～85℃，存储湿度：0%～95%，无凝结。

　　2、电机控制系统电磁环境恶劣，需要工业交换机具有较强的抗电磁干扰能力、较长时间的平均无故障时间。

　　3、为了保障通信的可靠性，要求建立冗余的环网，具有较小的自愈时间。通信网络出故障时，能够平滑的切换到冗余备份线路。

　　4、为了保证远程监控的数据的安全性，交换机需要有全面的网络安全设置。

　　客户经过了全面的考察后最终选择了研华(Advantech)的EKI-6554SI和EKI-4654R作为风场管理系统以及风机远程监控系统网络架构交换机主干设备。

　　三、网络架构拓扑图

　　每个风机的塔基处安装一台研华的管理型冗余交换机EKI-7554SI，通过单模光纤连接构成一个冗余环网。同时监控中心内部每个环网的EKI-7554SI通过电口连接到研华24口网管型冗余千兆以太网交换机EKI-4654R。监控中心内部服务器，工程师站通过EKI-4654R构成局域网系统。

　　四、方案分析

　　根据风电行业即有其普遍性也有其特殊性，我们在组网方案中主要考虑以下几个方面：

　　1．系统设计充分考虑多个业务子系统的系统特点，技术上遵循先进性、实用性与成熟可靠性并重的原则，形成一整套功能齐全的组网解决方案。

　　2．能够满足风电场苛刻的物理环境，温度、防尘、电磁兼容性等要求

　　3．因网络规模庞大，组网方案采用清晰的多层结构，从最根本的网络结构设计上简化网络的维护及管理，实现故障点的快速分离及明确，确保系统的稳定运行。

　　4．组网方案自身必须具备一定的故障排除及快速自愈功能，能够针对设备故障、链路故障进行自我诊断及快速排除，并实时报警。

　　5．对网络进行人工维护、扩容、或故障修复时应该做到影响最小化，做到维护及扩容对系统运行无影响；故障修复只对相关网络设备的连接终端有一定的影响。

　　6．网络设备选择采用具备高实时性和稳定性的工业级设备

　　7．组网方案必须具备兼容性，能够无缝连接不同厂商的网络设备，具备高性价比。

　　考虑到工业现场对实时性要求，采用的是环网设计理念，避免单条链路故障对网络的影响。

　　五、研华方案的优势

　　研华工业级以太网交换机具有如下优越特性：

　　1、快速冗余

　　研华的工业以太网产品可以组成快速的冗余网络，使用研华独创的X-Ring协议，为您搭建可靠的工业网络，具有超快小于10毫秒的自愈时间。

 
　　商用的产品也可以组成冗余网络，但需要启动STP协议，这样冗余自余的时间就会达到10~~30秒，以上，所以不能用于工业环境中使用。

　　2、抗强扰—适用于严苛环境

　　研华以太网产品可以工作在严酷的电磁环境中，并且在数据口防雷、快速脉冲群，静电等都有较高的防护等级，而商业使用的产品这一点是不具备的。

　　3、良好的温度特性&安装方式灵活性

　　良好的温度特性，研华的EKI系列交换机是宽温设计的。工作温度：-45～75℃存储温度：-45～85℃ ，满足恶劣气象环境下的稳定需求。

　　安装方式更加灵活，工业级产品可支持导轨式安装、面板式安装，堆叠式安装和机柜安装等多种方式。

　　4、电源优势&安装方式优势

　　电源供电部分是任何产品的根源，所有产品出现故障，其电源故障所占的比率为35%以上。所以工业产品为了避免电源故障造成的麻烦，一般都会选择双电源供电的模式。而且采用直流供电。商用产品一般采用交流单电源供电。

　　5、安全优势

　　研华工业以太网交换机采取如下若干措施来保证工业网络的万无一失：

　　1)VLAN(虚拟局域网)技术

　　VLAN是安全交换机必不可少的功能。VLAN可能跨越一个或多个交换机，与它们的物理位置无关，设备之间好像在同一个网络间通信一样。VLAN可以在交换机上实现广播域的隔离，它可以把网络分成一个一个独立的区域，可以控制这些区域是否可以通讯。

　　2)IP/MAC与端口绑定

　　设置IP/MAC地址与端口的绑定功能，可有限的限制用户的非授权网络访问。

　　3)流量控制功能(traffic control)

　　交换机的流量控制可以预防因为广播数据包、组播数据包及因目的地址错误的单播数据包数据流量过大造成交换机带宽的异常负荷，并可提高系统的整体效能，保持网络安全稳定的运行。

　　另外研华交换机还可针对每个端口提供双向(in/out)分别限制功能。

　　4)ACL(访问控制列表)技术

　　研华交换机采用了访问控制列表ACL来实现包过滤防火墙的安全功能，增强安全防范能力。访问控制过滤措施可以基于源/目标IP、TCP/UDP端口等方式实现。ACL不但可以让网络管理者用来制定网络策略，针对个别用户或特定的数据流进行允许或者拒绝的控制，也可以用来加强网络的安全屏蔽，从而更大程度的保证了网络安全。

　　5)IEEE802.1x身份验证机制

　　IEEE 802协议集的局域网接入控制协议，是基于端口的访问控制协议。它能够在利用IEEE 802局域网优势的基础上提供一种对连接到局域网的用户进行认证和授权的手段，达到了接受合法用户接入，拒绝非授权用户的访问，保护网络安全的目的。

　　6)QoS机制

　　研华工业以太网交换机采用了IEEE802.p QoS CoS/TOS/DSCP优先级策略，保障了数据关键数据的实时可靠传输。

　　7)SysLog(系统日志)

　　交换机的Syslog日志功能可以将系统错误、系统配置、状态变化、状态定期报告等信息传送给日志服务器，网管人员依据这些信息掌握设备的运行状况，及早发现问题，及时进行配置设定和排障，保障网络安全稳定地运行。