科动宽温管理型交换机在风电行业的应用

项目背景：

    根据中国在“十一五”时期期间的规划，全国新增风电装机容量约 900 万千瓦，到 2010 年，风电总装机容量达到 1000 万千瓦。同时，形成国内风电装备制造能力，整机生产能力达到年产500 万千瓦，零部件配套生产能力达到年产 800 万千瓦，为 2010年以后风电快速发展奠定装备基础。结合无电地区电力建设，积极培育小型风力发电机产业和市场，到 2010 年，小型风力发电机的使用量达到 30 万台，总容量达到 7.5 万千瓦，设备生产能力达到年产 8000 台。

      此次风电项目正位于中蒙边境的巴彦淖尔地区，正是“十一五”中提到的规划布局的重点区域：根据“十一五”规划在内蒙古的巴彦淖尔充分发挥“三北”（东北、华北、西北）地区风能资源优势，建设大型和特大型风电场。在河北、内蒙古、甘肃、吉林等地建设百万千瓦级风电基地，到 2010 年，河北和内蒙古的风电总装 27机容量分别达到 200 万千瓦和 300 万千瓦以上，已投产及开工建设的总规模分别达到 300 万千瓦和 400 万千瓦左右。

系统描述：

     每座风机由变流系统、水冷系统、变桨系统以及1.5MW风电发电机组及塔架构成。而每座风力发电机组的控制柜载有PLC(可编程控制器)，逆变电源，HMI以及和I / O等设备。在塔的最上方有风速，风向,和轴转速的传感器，以及许多其他厂家的和公司的信息收集和传输设备。塔上塔下采用Profibus总线，通过光纤进行连接，将塔上所有的信号传至塔基控制柜中的PLC进行处理，同时塔下有一个HMI，用于显示各项风机运行的参数。通过检测风的方向，控制系统可以使用机动偏航齿轮把整个风力发电机组在适当的风向以利于最大化的进行发电。所有的风力涡轮机通过一个交换机连接到一个光纤环网，每个光纤环网连接到远程控制室进行远程监控和控制，分析收集到的数据，调整涡轮机的设置，并提供智能报警功能来通知操作和维修人员。

       对于每座风力发电机组，采用科动公司的EISX8M-100T/FCS-GW系列光电管理型单模交换机，对于控制室内的交换机则采用同一系列全口的EISX8M-100T,该交换机支持IP30防护等级,增强EMC，工业宽温，多个环网ID, 支持Trunking，VLAN，及Qos等功能 ，无论你是应用于荒漠草原，还是海上项目，均可满足风电应用的需求。

项目需求：

    针对风电行业的特殊应用：其使用环境恶劣，昼夜温差大，风沙严重，对交换机的工作温度要求高；电磁环境恶劣，需要工业交换机具有非常强的电磁干扰能力，稳定可靠的性能；为确保通讯的可靠，需要建立起光纤环网，当快速自愈功能。通信网络某处故障时，能够自动平滑的切换到冗余备份光纤线路。为满足SCADA对交换机信息采信的作用，需要通过远程交换机的状态进行管理，SNMP协议满足了这方面的应用需求。

产品特性与网络拓扑：

 风电机组的监控系统具有对风电机组的启动、停机、平稳并网、双速切换、自动对风、数据检测和处理、故障记录及自动保护等就地控制功能，同时具有在中央监控室对分散运行在风电场上的各风电机组运行状态的实时显示、运行数据的统计处理、运行故障记录报警、风速－功率特性曲线的测量、开机、停机、左右偏航、修改风电机组运行参数等远程监控功能。由三部分组成：就地控制部分、中央集控部分、通信部分。
根据不同风机的应用，网络通信分为两部分：风机内部控制通信部分、风机与风机间或风机与控制中心的网络通信部分。

根据此要求：我们对风电行业的特殊应用，组网方案着重考虑了以下几点：

（一）风机内部控制通信部分

1、        能够满足风电场的物理环境，温度、防尘、电磁兼容性等的苛刻要求。

2、        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。

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。

8、        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。

9、        针对每台风机的地理位置，全部选用单模光纤的设备，以保证最远距离到中控室通讯距离要求。

（二）风机间的通讯与控制中心的网络通信
        风机间通信网络采用以风机内的电控柜为汇聚点的十兆百兆光纤环网。采用EISX8M-100T/FCS-GW（专为客户定制）交换机（基于科动专有的RapidRing快速环网冗余技术）构建，支持多环。能有效保障网络的安全性、可靠性、稳定性，以及网络通信的无扰动切换，切换时间小于300ms（网络自愈时间）。

所有风机之间的交换机均采用统一型号，全部汇聚到主控室后，则采用全电口的EISX8M-100T-GW的交换机来作为SCADA的数据接入点，同时这些全电口的交换机则全部采用Trunking技术来实现干路的聚合。做到了所有通讯链路的全冗余。为通讯的可靠性提供了可靠的保障。

科动公司以太网交换机特性： IP30防护等级，有效防尘；铝合金外壳，坚固且有助散热；-40～75℃宽范围工作温度；标准导轨安装或面板安装；低压交、直流冗余电源设计。

管理功能：RapidRingTM环网冗余技术 (网络中断恢复时间<300毫秒)；Trunking主干冗余技术 (网络中断恢复时间<10毫秒)；支持RSTP快速生成树协议，提供更丰富的冗余组网方案；端口安全管理；支持SNMP简单网络管理协议；端口流量控制，有效解决不同设备间的速率匹配问题；端口镜像，帮助用户对网络进行分析，排除故障；支持以超级终端或IE浏览器方式对交换机功能进行配置；支持基于端口及IEEE 802.1QVLAN功能；支持IGMP Snooping功能，过滤网络中的组播流量；支持ETHERNET/IP协议；支持IEEE 802.1p、TOS/DiffServ、端口、MAC地址的多级QoS ；支持继电器输出报警功能。

结论：

    在此项目实施之前科动的交换机已经成功应用于大蜂山、少白山、大白山等项目，内蒙古的这个项目总的交换机使用台数在224台以上。初期网络运行可靠。预计年底该项目将全部竣工验收。因此EISX系列交换机作为风电应用是非常成功的。作为全球工业以太网领域的知名供应商，科动控制为客户提供节省空间、安装方便且高可靠性、高性价比的多种产品。无论在何种应用领域，科动的产品均有突出的表现。不仅如此，科动还积极响应用户的一切需求，以满足客户日益对工业通讯应用的需求。做到众厂商的多羸局面。为人类奉献清洁能源做出应有的贡献！