研華工業(yè)交換機在風力發(fā)電中的應(yīng)用

隨著國家對風電行業(yè)的扶持力度加大，風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。2007年中國大陸新增風電機組3155臺，裝機容量330.4萬KW。與2006年當年新增裝機133.7萬KW相比，2007年當年新增裝機增長率為147.1%。

2007年中國大陸累積風電機組6?69臺，裝機容量590.6WKW，風電場158個。分布在21個省市。于2006年累計裝機259.9KW相比。2007年累計裝機增長率為127.2%，提前3年實現(xiàn)國家《可再生能源法中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出的目標。

隨著中國風電市場的快速增長以及風電機組制造商新秀的進入，中國風電機組供應(yīng)市場的競爭格局也正在悄然發(fā)生變化。風電場開發(fā)商投資建設(shè)風電場的熱情也空前高漲，中國風電裝機容量將在2008年底再次超過人們預(yù)想而創(chuàng)下新的紀錄！預(yù)計到2008年底，中國風電機組新增裝機容量將達到730.4萬千瓦，累計裝機容量將達到1335.6萬千瓦，新增裝機容量增長率預(yù)計將達到111.71%。

國家制定的2020年風電裝機3000萬千萬的目標，有望在2011年實現(xiàn)。到2020年，中國風電裝機保守估計將達到8000萬千瓦。

隨著風力發(fā)電場的大量建設(shè)，風場信息化管理系統(tǒng)，風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)也大量應(yīng)用。這些系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境惡劣，需要管理型寬溫工業(yè)以太網(wǎng)交換機進行網(wǎng)絡(luò)支持。近期國內(nèi)一大型風機整機制造企業(yè)選擇了研華EKI系列交換機作為其風場管理系統(tǒng)的主干網(wǎng)交換機。

二、風電領(lǐng)域?qū)?U>網(wǎng)絡(luò)交換機的需求

1、風電應(yīng)用環(huán)境惡劣，晝夜溫差大，風沙嚴重，要求工作溫度：-45～75℃存儲溫度：-45～85℃，存儲濕度：0%～95%，無凝結(jié)。

2、電機控制系統(tǒng)電磁環(huán)境惡劣，需要工業(yè)交換機具有較強的抗電磁干擾能力、較長時間的平均無故障時間。

3、為了保障通信的可靠性，要求建立冗余的環(huán)網(wǎng)，具有較小的自愈時間。通信網(wǎng)絡(luò)出故障時，能夠平滑的切換到冗余備份線路。

4、為了保證遠程監(jiān)控的數(shù)據(jù)的安全性，交換機需要有全面的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置。

客戶經(jīng)過了全面的考察后最終選擇了研華(Advantech)的EKI-6554SI和EKI-4654R作為風場管理系統(tǒng)以及風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)交換機主干設(shè)備。

三、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓撲圖

每個風機的塔基處安裝一臺研華的管理型冗余交換機EKI-7554SI，通過單模光纖連接構(gòu)成一個冗余環(huán)網(wǎng)。同時監(jiān)控中心內(nèi)部每個環(huán)網(wǎng)的EKI-7554SI通過電口連接到研華24口網(wǎng)管型冗余千兆以太網(wǎng)交換機EKI-4654R。監(jiān)控中心內(nèi)部服務(wù)器，工程師站通過EKI-4654R構(gòu)成局域網(wǎng)系統(tǒng)。

四、方案分析

根據(jù)風電行業(yè)即有其普遍性也有其特殊性，我們在組網(wǎng)方案中主要考慮以下幾個方面：

1．系統(tǒng)設(shè)計充分考慮多個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的系統(tǒng)特點，技術(shù)上遵循先進性、實用性與成熟可靠性并重的原則，形成一整套功能齊全的組網(wǎng)解決方案。

2．能夠滿足風電場苛刻的物理環(huán)境，溫度、防塵、電磁兼容性等要求

3．因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，組網(wǎng)方案采用清晰的多層結(jié)構(gòu)，從最根本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計上簡化網(wǎng)絡(luò)的維護及管理，實現(xiàn)故障點的快速分離及明確，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4．組網(wǎng)方案自身必須具備一定的故障排除及快速自愈功能，能夠針對設(shè)備故障、鏈路故障進行自我診斷及快速排除，并實時報警。

5．對網(wǎng)絡(luò)進行人工維護、擴容、或故障修復(fù)時應(yīng)該做到影響最小化，做到維護及擴容對系統(tǒng)運行無影響；故障修復(fù)只對相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接終端有一定的影響。

6．網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選擇采用具備高實時性和穩(wěn)定性的工業(yè)級設(shè)備

7．組網(wǎng)方案必須具備兼容性，能夠無縫連接不同廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具備高性價比。

考慮到工業(yè)現(xiàn)場對實時性要求，采用的是環(huán)網(wǎng)設(shè)計理念，避免單條鏈路故障對網(wǎng)絡(luò)的影響。

五、研華方案的優(yōu)勢

研華工業(yè)級以太網(wǎng)交換機具有如下優(yōu)越特性：

1、快速冗余

研華的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品可以組成快速的冗余網(wǎng)絡(luò)，使用研華獨創(chuàng)的X-Ring協(xié)議，為您搭建可靠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，具有超快小于10毫秒的自愈時間。

商用的產(chǎn)品也可以組成冗余網(wǎng)絡(luò)，但需要啟動STP協(xié)議，這樣冗余自余的時間就會達到10~~30秒，以上，所以不能用于工業(yè)環(huán)境中使用。

2、抗強擾—適用于嚴苛環(huán)境

研華以太網(wǎng)產(chǎn)品可以工作在嚴酷的電磁環(huán)境中，并且在數(shù)據(jù)口防雷、快速脈沖群，靜電等都有較高的防護等級，而商業(yè)使用的產(chǎn)品這一點是不具備的。

3、良好的溫度特性安裝方式靈活性

良好的溫度特性，研華的EKI系列交換機是寬溫設(shè)計的。工作溫度：-45～75℃存儲溫度：-45～85℃ ，滿足惡劣氣象環(huán)境下的穩(wěn)定需求。

安裝方式更加靈活，工業(yè)級產(chǎn)品可支持導(dǎo)軌式安裝、面板式安裝，堆疊式安裝和機柜安裝等多種方式。

4、電源優(yōu)勢安裝方式優(yōu)勢

電源供電部分是任何產(chǎn)品的根源，所有產(chǎn)品出現(xiàn)故障，其電源故障所占的比率為35%以上。所以工業(yè)產(chǎn)品為了避免電源故障造成的麻煩，一般都會選擇雙電源供電的模式。而且采用直流供電。商用產(chǎn)品一般采用交流單電源供電。

5、安全優(yōu)勢

研華工業(yè)以太網(wǎng)交換機采取如下若干措施來保證工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的萬無一失：

1)VLAN(虛擬局域網(wǎng))技術(shù)

VLAN是安全交換機必不可少的功能。VLAN可能跨越一個或多個交換機，與它們的物理位置無關(guān)，設(shè)備之間好像在同一個網(wǎng)絡(luò)間通信一樣。VLAN可以在交換機上實現(xiàn)廣播域的隔離，它可以把網(wǎng)絡(luò)分成一個一個獨立的區(qū)域，可以控制這些區(qū)域是否可以通訊。

2)IP/MAC與端口綁定

設(shè)置IP/MAC地址與端口的綁定功能，可有限的限制用戶的非授權(quán)網(wǎng)絡(luò)訪問。

3)流量控制功能(traffic control)

交換機的流量控制可以預(yù)防因為廣播數(shù)據(jù)包、組播數(shù)據(jù)包及因目的地址錯誤的單播數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流量過大造成交換機帶寬的異常負荷，并可提高系統(tǒng)的整體效能，保持網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定的運行。

另外研華交換機還可針對每個端口提供雙向(in/out)分別限制功能。

4)ACL(訪問控制列表)技術(shù)

研華交換機采用了訪問控制列表ACL來實現(xiàn)包過濾防火墻的安全功能，增強安全防范能力。訪問控制過濾措施可以基于源/目標IP、TCP/UDP端口等方式實現(xiàn)。ACL不但可以讓網(wǎng)絡(luò)管理者用來制定網(wǎng)絡(luò)策略，針對個別用戶或特定的數(shù)據(jù)流進行允許或者拒絕的控制，也可以用來加強網(wǎng)絡(luò)的安全屏蔽，從而更大程度的保證了網(wǎng)絡(luò)安全。

5)IEEE802.1x身份驗證機制

IEEE 802協(xié)議集的局域網(wǎng)接入控制協(xié)議，是基于端口的訪問控制協(xié)議。它能夠在利用IEEE 802局域網(wǎng)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上提供一種對連接到局域網(wǎng)的用戶進行認證和授權(quán)的手段，達到了接受合法用戶接入，拒絕非授權(quán)用戶的訪問，保護網(wǎng)絡(luò)安全的目的。

6)QoS機制

研華工業(yè)以太網(wǎng)交換機采用了IEEE802.p QoS CoS/TOS/DSCP優(yōu)先級策略，保障了數(shù)據(jù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時可靠傳輸。

7)SysLog(系統(tǒng)日志)

交換機的Syslog日志功能可以將系統(tǒng)錯誤、系統(tǒng)配置、狀態(tài)變化、狀態(tài)定期報告等信息傳送給日志服務(wù)器，網(wǎng)管人員依據(jù)這些信息掌握設(shè)備的運行狀況，及早發(fā)現(xiàn)問題，及時進行配置設(shè)定和排障，保障網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定地運行。