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火電廠電氣自動化系統(tǒng)經(jīng)歷了三個歷程：1.硬接線接入方式，電氣系統(tǒng)的I/O系統(tǒng)接入接入微機(jī)分散控制系統(tǒng)（DCS)采用硬連接方式，該方式集中布置管理，反應(yīng)速度快，但是擴(kuò)展性能差，無法完成復(fù)雜的電氣運行管理。2.現(xiàn)場總線接入方式，采用現(xiàn)場總線技術(shù)作為現(xiàn)場控制層以及現(xiàn)場間隔層的通信網(wǎng)絡(luò)，但是其存在通信節(jié)點有限，通信速率低，通用性差以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理沒有冗余等缺點。3.工業(yè)以太網(wǎng)接入方式，火電廠的廠級通信網(wǎng)絡(luò)早已實現(xiàn)了基于以太網(wǎng)通信，由于民用以太網(wǎng)存在通信不確定性以及當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重的時候存在較大的延時，以太網(wǎng)技術(shù)一直難以應(yīng)用于控制系統(tǒng)，隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，有效的解決了通信確定性以及實時性問題，工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)在正在全面覆蓋火電廠電氣自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。

電廠電氣自動化系統(tǒng)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為三層：站控層，網(wǎng)絡(luò)層，間隔層，站控層一般是采用單機(jī)或多機(jī)系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)，為站內(nèi)值班人員提供監(jiān)控管理功能，實時收集火電廠電氣系統(tǒng)的運行參數(shù)以及故障信息，并通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的綜合分析，為故障定位，分析事故提供科學(xué)依據(jù)，并提供遠(yuǎn)程通信功能與調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)層指的的利用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組件的冗余自愈光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)，還包括有規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置（比如RS-485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器）等組成的通信網(wǎng)絡(luò)。間隔層主要是由保護(hù)單元，測控裝置組成的系統(tǒng)，其在通信網(wǎng)絡(luò)或站控層故障的情況下還可以獨立完成監(jiān)控功能，通過接入工業(yè)以太網(wǎng)與站控層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

火電廠自動化系統(tǒng)由于火電廠電氣系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣（現(xiàn)場環(huán)境高溫高塵），電磁干擾強度大，電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)備相互之間分布分散，自動化系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)采集以及設(shè)備控制的相關(guān)數(shù)據(jù)的實時性要求很高，并且隨著電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備的智能化程度的提高，在整個通信網(wǎng)絡(luò)上交換的數(shù)據(jù)隨之大規(guī)模的增加，對于通信容量的要求也相應(yīng)增加，還有就是通信網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)的冗余性要求，在出現(xiàn)單個或者多個故障點情況下，要求整個系統(tǒng)仍然能夠正常運轉(zhuǎn)。采用光纖通信的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)作為電氣自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是最佳選擇。

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)作為電氣自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)需要克服以太網(wǎng)存在幾個問題：1.數(shù)據(jù)通信的確定性問題，由于以太網(wǎng)采用CSMA/CD技術(shù)仲裁總線沖突，數(shù)據(jù)通信存在不確定性問題，而工業(yè)控制對于數(shù)據(jù)通信的確定性要求非常高。2.數(shù)據(jù)通信實時性問題，當(dāng)以太網(wǎng)通信負(fù)載較重的時候，數(shù)據(jù)通信會存在一定延時，同樣工業(yè)控制對于通信的延時非?？量獭?.外部環(huán)境問題，發(fā)電廠環(huán)境復(fù)雜，高溫高塵環(huán)境且電磁干擾厲害等問題。

深圳市國科偉業(yè)通信技術(shù)有限公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)專門針對應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境開發(fā)，在此我們通過一個應(yīng)用于發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)的典型案例來了解工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的相關(guān)情況，在此案例中，采用NIES-5028M型模塊化工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，NIES-608-2F型網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和NIES-5024-4F型機(jī)架式工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，NIES-215-1F型非網(wǎng)管型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)四種型號。其中NIES-5028M型，NIES-608-2F型以及NIES-5024-4F型帶有網(wǎng)絡(luò)管理功能且支持環(huán)網(wǎng)冗余自愈功能，NIES-215-1F型為非網(wǎng)管型且可以撥碼設(shè)置限制網(wǎng)絡(luò)速度，其用于將實時性要求不高且不重要的數(shù)據(jù)接入（比如視頻監(jiān)控攝像機(jī)采集的視頻信號）。

針對普通以太網(wǎng)存在的問題，在布設(shè)工業(yè)以太網(wǎng)的時候，采用多種方法解決上述問題：交換機(jī)采用全雙工通信方式，采用存儲交換數(shù)據(jù)方式，有效避免數(shù)據(jù)沖突問題，從而解決通信的不確定性。利用NIES-5028M型交換機(jī)的千兆光纖接口布設(shè)千兆光纖冗余環(huán)網(wǎng)，接入的交換機(jī)采用百兆網(wǎng)絡(luò)帶寬，同時將非重要的數(shù)據(jù)限制通信速率，保證重要數(shù)據(jù)的實時通信，使之整個通信網(wǎng)絡(luò)完全能夠負(fù)荷系統(tǒng)通信需要，從而有效的解決實時性問題。所有型號的交換機(jī)采用寬溫設(shè)計模式，工業(yè)四級設(shè)計，主要通信線路采用光纖線路，有效避免發(fā)電廠惡劣的外部環(huán)境對其造成的影響。

由于發(fā)電廠對于數(shù)據(jù)的實時性以及冗余性要求很高，在組建工業(yè)以太網(wǎng)的時候采用千兆多環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用NIES-5028M的四個千兆光纖接口相互之間組建多層環(huán)網(wǎng)連接站控室，能夠保證單個或者多個光纖線路或者交換機(jī)出現(xiàn)問題，也可以在20ms之內(nèi)自愈恢復(fù)保證數(shù)據(jù)正常通信，所有型號的交換機(jī)都帶有故障告警功能，一旦出現(xiàn)掉線等故障情況，可以通過繼電器輸出告警信號提示網(wǎng)絡(luò)管理人員過來維護(hù)。而NIES-608-2F和NIES-5024-4F兩種型號交換機(jī)的百兆光纖接口與NIES-5028M型模塊化工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展出的百兆光纖接口連接，組成多個小環(huán)網(wǎng)連接發(fā)電廠間隔層的以太網(wǎng)設(shè)備。而NIES-215-1F型交換機(jī)則將對實時性要求不高的非重要數(shù)據(jù)通過百兆光纖接入，甚至可以在綜合考慮重要數(shù)據(jù)通信的實時性上，通過其撥碼人工設(shè)置為10M的通信速率，保證重要數(shù)據(jù)的通信。