工业交换机在海上油气工程中的应用

由彼得·博格执导的电影《深海浩劫》，因其宏大的拍摄手法和震撼的视觉效果，斩获了第89届奥斯卡金像奖的最佳视觉效果和最佳音效剪辑奖。这部影片真实地还原了美国历史上最严重的石油泄漏灾难——2010年墨西哥湾原油泄漏事件，让我们更加真切地意识到石油和天然气资源也能化身为“灾难巨兽”从而改变我们的生活和环境；同时，这部影片也引起了社会对海上油气工程安全的高度关注。

海上油气工程具有气候恶劣、生产工艺复杂、自动化程度高等特点，这使得工程中的电气和自动化系统不仅要满足海上运行环境和生产工艺要求，也要保障现场人员、设备和环境的安全。这对系统网络的安全性和可靠性提出了极高的要求。

工业交换机作为系统网络的关键设备，它是如何满足海上油气工程的特殊应用需求呢？下面我们来聊一聊。

满足海上环境的运行要求

海上环境具有温差大、湿度大、腐蚀性强等特点，虽然目前大多数系统安装在相对封闭的室内环境中，但也不可避免的受到电磁干扰、振动、倾斜、冲击等因素的影响，工业交换机需要能够应对这些挑战。

解决方案

选择具有船级社认证①并带有防腐涂层的工业交换机产品，能够满足海上环境的运行要求，例如将工业交换机安装在船舶中包括露天甲板的任何位置，工业交换机不会受到温湿度、电磁干扰等环境因素的影响。

表1 船上不同位置的环境参数分类

保证系统通讯的实时性

海上的电气和自动化系统大多采用远程控制的方式，操作指令由中控室或者远端的触摸屏下发到现场的控制器。用于自动控制目的的数据响应时间应在100ms以内，这对系统网络的实时性提出了极为苛刻的要求。

解决方案

在设计阶段，合理规划网络架构和网络带宽能够保证系统网络的实时性。如果网络中采用环网结构，环网收敛时间应小于系统要求的数据响应时间，例如采用MRP环网冗余协议，环网收敛时间在50ms以内，这保证了控制数据在规定时间内响应。

保证系统网络的可靠性和可用性

网络的规划要保证网络中的任何单点故障都不会导致系统功能失效，部分高可靠的系统还需要避免多点故障同时对网络造成的影响。网络故障的影响要控制在最小范围内，也要避免蔓延到其他系统中。

解决方案

网络采用具有容错性的冗余网络架构，结合系统要求和终端设备功能进行详细设计；网络要尽可能选择宽压供电、电源冗余的交换机产品，避免供电对网络造成的影响；网络要通过网络分段、VLAN、边界防护等功能，将网络故障的影响控制在最小范围内。

保证系统网络的安全

海上油气工程作为国家重要的战略资源，其系统的安全性越来越受到重视。网络安全正是系统安全中最为重要的一环，交换机要充分满足系统对网络安全的要求。

解决方案

IEC62443是目前国际通用的网络安全标准，该标准从产品功能和系统管理等方面对资产所有者、系统集成商、产品供应商提出了全面细致的网络安全要求。选择满足IEC62443-4-2标准的交换机产品能够从系统完整性、数据保密性、资源可用性等方面充分保证系统的网络安全。

图1  IEC62443针对产品生命周期的示例说明

提高系统管理和运维的效率

电气和自动化系统对工程中大量的网络设备进行统一的监控和管理，这些设备不仅包括交换机、路由器等网络设备，也包括服务器、控制器等终端设备。当系统网络出现故障时，系统工程师需要通过监控信息快速定位并解决问题，这要求交换机支持全面的网络管理，数据同步和通讯功能。

解决方案

赫思曼交换机能够支持OPC-UA、Profinet、IEC61850等工业通讯协议，以及SNMP等网络管理协议，交换机所共享的信息除了实时网络数据，也包括网络设备的运行状态、设备日志、报警信息等，这能够帮助系统网络实现全面的监控和管理。

随着油气资源的开发由浅海走向深海，海上油气装备和技术的不断进步，海上油气资源在化石能源开采总量中的占比越来越高，配套系统的建设变得更加多样和复杂，网络在其中承担了更加重要的作用。百通赫思曼作为端到端的网络解决方案提供方，在海上油气工程方面有着丰富的网络产品、技术团队以及项目设计经验。如果您需要了解更多，请详询百通赫思曼。

①目前海上油气工程通常采用船级社认证作为能否在海上环境运行的评估标准，国家通用的船级社标准包括DNV（挪威船级社），GL（德国劳氏船级社）等。