1　项目介绍

涪陵页岩气田作为国家级示范工程，是我国首个百亿方页岩气田，同时也是全球除北美之外最大的页岩气田。根据现有地质资料和产能评价，涪陵页岩气田资源量为2.1万亿方，相当于一个1000万吨级的大型油田。

这一工程标志着我国页岩气行业加速迈入大规模商业化发展阶段，对推动能源结构调整、缓解我国中东部地区天然气供应压力、加大节能减排力度以及防治大气污染等方面均具有重要意义。

涪陵页岩气田焦石坝区块一期工程北区产能建设包括1个监控中心、47个集气站、28个采气平台、1个变电站、1个脱水站、3个RTU阀室；江东区块产能建设包括13个集气站，2个采气平台，1个RTU阀室。该工程通信系统承载了SCADA系统及安防监控系统数据，其通信设备均采用北京东土科技股份有限公司自主研发生产的SICOM系列工业以太网交换机，涉及万兆、千兆等各类交换机及光纤模块达十几种之多，应用设备总量已超过300台。

东土科技工业交换机在西南山林地区潮湿、多雨、多雷暴、温差大的环境下持续多年稳定运行，通过优质的产品、快速的供货、专业的技术服务，保障了项目的顺利进行，获得了客户的高度认可。涪陵页岩气田项目在全国乃至全球油气领域的示范效应，为东土科技在油气开采行业提供了极大的业绩支撑，也为东土科技持续服务涪陵页岩气田后续项目以及全行业应用奠定了坚实的基础。

2　强健的网络结构

2.1　SCADA系统

2.1.1　SCADA系统概述

涪陵页岩气田累计产气和销气量均已突破160亿方，2017年产量达60.04亿方，日销售页岩气最高达1670万方，每天可满足3340万户居民的生活用气需求。2019年，涪陵页岩气将持续从涪王管线向外输出，惠及沿线6省2市共计70多个大中型城市，使得上千家企业、2亿多居民从中受益，涪陵页岩气田SCADA系统在其中起到了关键性作用。

涪陵页岩气田SCADA系统对现场运行设备进行监控，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，在提高系统运行的可靠性、安全性，提高经济效益，提高调度效率和水平方面有着不可替代的作用。

2.1.2　SCADA系统应用需求

SCADA系统是基于计算机技术及网络技术构成的，其本质属于IT系统的一种，各子系统或设备之间的信息交互完全依托于网络，但SCADA系统主要面向前端设备控制，因此对网络实时性及冗余性要求高于其它IT系统。SCADA系统网络不允许出现丢包、通信中断或延时过高的情况，否则将对现场生产造成影响，可能造成设备损坏，甚至导致事故的发生。因此SCADA系统应用的网络设备除了需要具备良好的数据交换性能外，还需具备低温高温适应性、抗电磁干扰强、防盐雾及抗震性强等特点。

2.1.3　SCADA系统组网介绍

图1 SCADA系统拓扑图

本项目的SCADA系统网络为PCS控制器、RTU控制器、SIS控制器等设备提供冗余、实时、安全可靠的传输通道，可为重要数据提供两个独立的传输通道连接核心网络。

（1） 网络实时性

保证网络实时性是工业以太网网络传输系统的核心问题，报文传输的确定性主要取决于数据的零丢包和数据传输的低延迟。

本项目应用的东土科技SICOM6448G、SICOM3028GPT工业以太网交换机具有以下特点：

·交换芯片的交换容量可保证所有端口的线速转发，确保交换机存储转发延时小于5S，大大提高了网络的实时性。

·支持VLAN的划分实现广播域的隔离，控制广播风暴的影响范围。

·支持网络风暴抑制功能实现故障数据的有效限制，并能够实现对单播、组播、广播报文的分类限制，同一物理端口上对不同种类的报文、在不同传输方向上（进、出）实现流量的分类控制，实现业务数据与无效数据的有效区分，并将无效报文抑制在系统的最外侧。

·支持QOS优先级实现数据的优先传输，确保重要数据传输的实时性。

·交换芯片容错处理：交换机的每一个物理端口设置了合理大小的缓存空间，当突发数据流超出物理端口的带宽时，能够在一定的时间内保证数据不丢失。

·IEEE 802.3x数据流量控制：当交换机端口数据超出端口带宽时，交换机可以和终端设备进行协商，降低终端设备的发送速率，使系统避免因某个端口拥塞而造成数据的丢失。

（2） 网络冗余性

SCADA系统网络每个站点配置的2台二层交换机SICOM3028GPT分别组成A、B两个物理隔离的冗余环网。双环网结构在物理上相互独立，当环网A出现网络风暴、交换机掉电或设备故障时，接入终端可通过环网B中的交换机进行数据通信。环网A出现故障不会影响环网B。监控中心服务器同时接收A、B网数据，并作出处理，有效避免了通信中断的问题。

SICOM6448G、SICOM3028GPT支持STP\RSTP\MSTP\IEC62439-6（DRP）环网冗余协议，本项目中采用的DRP协议网络自愈时间真正达到＜20ms，且不受网络设备数量影响。

2.2　安防系统

2.2.1　安防系统概述

涪陵页岩气田安防系统视频监控网可对视频、语音、门禁、周界各子系统进行监控，东土科技交换机在各系统的稳定运行中起到了桥梁的作用。通过交换机实现各个子系统之间的联动，逐步实现各站点无人值守，为客户节约人力和时间成本。

2.2.2　安防系统应用需求

本项目视频监控系统需接入高达600路以上1080P高清摄像头，单个IP摄像头码流为4Mbps，考虑到视频监控数据传输的特性如高压缩率、流量突发性，以及周界防御、门禁、语音对讲应急广播等设备的传输流量，把视频监控数据流量传输带宽控制在占用1000Mbps工业以太网光缆传输网络的50%~60%较为合理，能够保证视频监控传输的无失帧、流畅和高实时性。

2.2.3　安防系统组网介绍

图2 安防系统拓扑图

安防系统网络在监控中心设置一台SICOM6448G万兆交换机，前端接入SICOM3028GPT千兆交换机分别组成5个千兆光纤环网，每个环网分担480M左右的流量，符合视频传输网络占用带宽不超过60%的最优配置，保证了视频清晰度及流畅度。

SICOM6448G、SICOM3028GPT支持静态组播和基于MAC地址的GMRP动态组播功能，使带宽资源能够得到有效利用。

3　东土科技解决方案亮点

（1）SCADA系统网络为双千兆光纤环网，单个光纤环网接入设备多达53台，采用东土科技DRP冗余环网协议，保证网络自愈时间＜20ms。

·缩短故障恢复时间：东土科技DRP协议综合考虑多种环网冗余保护机制，提出了针对网络规模增大导致故障恢复时间显著增加问题的优化解决方案，通过优化环网检测报文数据转发机制，能够实现与网络规模无关的故障恢复时间；通过实时中断上报等机制的引入，DRP故障恢复时间可以达到10ms以内，从而大大提高实时报文传输可靠性，为电力、轨道交通等具有实时控制要求的应用领域提供更可靠的数据承载方式；

·支持丰富的链路检测功能：为了提高网络稳定性，东土科技DRP协议针对网络应用中的典型故障进行分析，在进行故障检测时除了对链路断开进行快速检测外，还提供了光纤单通检测、链路质量检测、设备健康性检测等机制，确保环网报文的最优承载；

·支持多种网络拓扑：东土科技DRP协议除支持简单环网快速自愈功能外，还支持相交环、相切环等复杂组网，并且能够支持基于VLAN的冗余环多实例、环端口聚合等组网应用，提供了灵活的组网模式以满足多种网络应用需求；

·提供丰富的诊断维护功能：东土科技DRP协议提供了丰富的状态查询和告警机制来进行网络的维护和诊断，同时防止由于误操作或配置错误导致的环网风暴等问题，支持在发生误操作和配置错误时提供告警提醒。

（2）核心交换机采用东土科技万兆工业级交换机，实现双机冗余热备份。

（3）选用东土科技模组化产品，方便业务扩充。

（4）系统安防网接入高达600路1080P高清摄像头，设置5个安防环网，采用高buffer设备进行视频传输，在保证网络可靠性的同时，满足了视频业务高带宽传输的需求。

（5）安防环网支持多种业务接入：视频、门禁、周界监控、IP电话等。通过配置QoS满足重要数据先行传输的要求。

（6）安全性：SICOM6448G、SICOM3028GPT具备基于MAC地址或IP地址的端口安全，代理访问控制（基于Vlan/IP)认证802.1x，SSH，SSL，SNMP v3；支持IEEE 802.1x，支持用户分级访问交换机；支持ACL控制，可指定特定的IP或MAC设备去访问设备；支持广播风暴抑制功能，确保终端设备的正常运行。

摘自《自动化博览》2019年2月刊