工業(yè)交換機(jī)在海上油氣工程中的應(yīng)用

由彼得·博格執(zhí)導(dǎo)的電影《深海浩劫》，因其宏大的拍攝手法和震撼的視覺效果，斬獲了第89屆奧斯卡金像獎的最佳視覺效果和最佳音效剪輯獎。這部影片真實地還原了美國歷史上最嚴(yán)重的石油泄漏災(zāi)難——2010年墨西哥灣原油泄漏事件，讓我們更加真切地意識到石油和天然氣資源也能化身為“災(zāi)難巨獸”從而改變我們的生活和環(huán)境；同時，這部影片也引起了社會對海上油氣工程安全的高度關(guān)注。

海上油氣工程具有氣候惡劣、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、自動化程度高等特點，這使得工程中的電氣和自動化系統(tǒng)不僅要滿足海上運行環(huán)境和生產(chǎn)工藝要求，也要保障現(xiàn)場人員、設(shè)備和環(huán)境的安全。這對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性提出了極高的要求。

工業(yè)交換機(jī)作為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，它是如何滿足海上油氣工程的特殊應(yīng)用需求呢？下面我們來聊一聊。

滿足海上環(huán)境的運行要求

海上環(huán)境具有溫差大、濕度大、腐蝕性強等特點，雖然目前大多數(shù)系統(tǒng)安裝在相對封閉的室內(nèi)環(huán)境中，但也不可避免的受到電磁干擾、振動、傾斜、沖擊等因素的影響，工業(yè)交換機(jī)需要能夠應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

解決方案

選擇具有船級社認(rèn)證①并帶有防腐涂層的工業(yè)交換機(jī)產(chǎn)品，能夠滿足海上環(huán)境的運行要求，例如將工業(yè)交換機(jī)安裝在船舶中包括露天甲板的任何位置，工業(yè)交換機(jī)不會受到溫濕度、電磁干擾等環(huán)境因素的影響。

表1 船上不同位置的環(huán)境參數(shù)分類

保證系統(tǒng)通訊的實時性

海上的電氣和自動化系統(tǒng)大多采用遠(yuǎn)程控制的方式，操作指令由中控室或者遠(yuǎn)端的觸摸屏下發(fā)到現(xiàn)場的控制器。用于自動控制目的的數(shù)據(jù)響應(yīng)時間應(yīng)在100ms以內(nèi)，這對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實時性提出了極為苛刻的要求。

解決方案

在設(shè)計階段，合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)帶寬能夠保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實時性。如果網(wǎng)絡(luò)中采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)收斂時間應(yīng)小于系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)響應(yīng)時間，例如采用MRP環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，環(huán)網(wǎng)收斂時間在50ms以內(nèi)，這保證了控制數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內(nèi)響應(yīng)。

保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性

網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃要保證網(wǎng)絡(luò)中的任何單點故障都不會導(dǎo)致系統(tǒng)功能失效，部分高可靠的系統(tǒng)還需要避免多點故障同時對網(wǎng)絡(luò)造成的影響。網(wǎng)絡(luò)故障的影響要控制在最小范圍內(nèi)，也要避免蔓延到其他系統(tǒng)中。

解決方案

網(wǎng)絡(luò)采用具有容錯性的冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，結(jié)合系統(tǒng)要求和終端設(shè)備功能進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計；網(wǎng)絡(luò)要盡可能選擇寬壓供電、電源冗余的交換機(jī)產(chǎn)品，避免供電對網(wǎng)絡(luò)造成的影響；網(wǎng)絡(luò)要通過網(wǎng)絡(luò)分段、VLAN、邊界防護(hù)等功能，將網(wǎng)絡(luò)故障的影響控制在最小范圍內(nèi)。

保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全

海上油氣工程作為國家重要的戰(zhàn)略資源，其系統(tǒng)的安全性越來越受到重視。網(wǎng)絡(luò)安全正是系統(tǒng)安全中最為重要的一環(huán)，交換機(jī)要充分滿足系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)安全的要求。

解決方案

IEC62443是目前國際通用的網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)從產(chǎn)品功能和系統(tǒng)管理等方面對資產(chǎn)所有者、系統(tǒng)集成商、產(chǎn)品供應(yīng)商提出了全面細(xì)致的網(wǎng)絡(luò)安全要求。選擇滿足IEC62443-4-2標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī)產(chǎn)品能夠從系統(tǒng)完整性、數(shù)據(jù)保密性、資源可用性等方面充分保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

圖1  IEC62443針對產(chǎn)品生命周期的示例說明

提高系統(tǒng)管理和運維的效率

電氣和自動化系統(tǒng)對工程中大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理，這些設(shè)備不僅包括交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也包括服務(wù)器、控制器等終端設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)工程師需要通過監(jiān)控信息快速定位并解決問題，這要求交換機(jī)支持全面的網(wǎng)絡(luò)管理，數(shù)據(jù)同步和通訊功能。

解決方案

赫思曼交換機(jī)能夠支持OPC-UA、Profinet、IEC61850等工業(yè)通訊協(xié)議，以及SNMP等網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，交換機(jī)所共享的信息除了實時網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，也包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(tài)、設(shè)備日志、報警信息等，這能夠幫助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全面的監(jiān)控和管理。

隨著油氣資源的開發(fā)由淺海走向深海，海上油氣裝備和技術(shù)的不斷進(jìn)步，海上油氣資源在化石能源開采總量中的占比越來越高，配套系統(tǒng)的建設(shè)變得更加多樣和復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)在其中承擔(dān)了更加重要的作用。百通赫思曼作為端到端的網(wǎng)絡(luò)解決方案提供方，在海上油氣工程方面有著豐富的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、技術(shù)團(tuán)隊以及項目設(shè)計經(jīng)驗。如果您需要了解更多，請詳詢百通赫思曼。

①目前海上油氣工程通常采用船級社認(rèn)證作為能否在海上環(huán)境運行的評估標(biāo)準(zhǔn)，國家通用的船級社標(biāo)準(zhǔn)包括DNV（挪威船級社），GL（德國勞氏船級社）等。