一、風電行業(yè)背景

　　風是一種潛力很大的新能源，十八世紀初，橫掃英法兩國的狂暴大風，吹毀了四百座風力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多條帆船，并有數(shù)千人受到傷害，二十五萬株大樹連根拔起。僅就拔樹一事而論，風在數(shù)秒鐘內(nèi)就發(fā)出了一千萬馬力（即750萬千瓦；一馬力等于0.75千瓦）的功率！有人估計過，地球上可用來發(fā)電的風力資源約有100億千瓦，幾乎是現(xiàn)在全世界水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風力在一年內(nèi)所提供能量的三分之一。因此，國內(nèi)外都很重視利用風力來發(fā)電，開發(fā)新能源。

　　利用風力發(fā)電的嘗試，早在二十世紀初就已經(jīng)開始了。三十年代，丹麥、瑞典、蘇聯(lián)和美國應用航空工業(yè)的旋翼技術(shù)，成功地研制了一些小型風力發(fā)電裝置。這種小型風力發(fā)電機，廣泛在多風的海島和偏僻的鄉(xiāng)村使用，它所獲得的電力成本比小型內(nèi)燃機的發(fā)電成本低得多。不過，當時的發(fā)電量較低，大都在5千瓦以下。

　　目前，據(jù)了解，國外已生產(chǎn)出15,40,45,100,225千瓦的風力發(fā)電機了。1978年1月，美國在新墨西哥州的克萊頓鎮(zhèn)建成的200千瓦風力發(fā)電機，其葉片直徑為38米，發(fā)電量足夠60戶居民用電。而1978年初夏，在丹麥日德蘭半島西海岸投入運行的風力發(fā)電裝置，其發(fā)電量則達2000千瓦，風車高57米，所發(fā)電量的75%送入電網(wǎng)，其余供給附近的一所學校用。

　　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)也大量應用。這些系統(tǒng)應用環(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)?a target="_blank">網(wǎng)絡交換機的需求

　　1、風電應用環(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)絡安全設(shè)置。

　　客戶經(jīng)過了全面的考察后終選擇了研華（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)絡架構(gòu)交換機主干設(shè)備。

　　三、網(wǎng)絡架構(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)絡規(guī)模龐大，組網(wǎng)方案采用清晰的多層結(jié)構(gòu)，從根本的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設(shè)計上簡化網(wǎng)絡的維護及管理，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)絡進行人工維護、擴容、或故障修復時應該做到影響化，做到維護及擴容對系統(tǒng)運行無影響；故障修復只對相關(guān)網(wǎng)絡設(shè)備的連接終端有一定的影響。

　　6.網(wǎng)絡設(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，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，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，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)絡的萬無一失：

　　1）VLAN（虛擬局域網(wǎng)）技術(shù)

　　VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名為"虛擬局域網(wǎng)".VLAN是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個個網(wǎng)段，從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術(shù)。這一新興技術(shù)主要應用于交換機和路由器中，但主流應用還是在交換機之中。但又不是所有交換機都具有此功能，只有VLAN協(xié)議的第三層以上交換機才具有此功能，這一點可以查看相應交換機的說明書即可得知。

　　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)絡訪問。

　　3）流量控制功能（traffic control）

　　交換機的流量控制可以預防因為廣播數(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)絡管理者用來制定網(wǎng)絡策略，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)絡的安全屏蔽，從而更大程度的保證了網(wǎng)絡安全。

　　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)定期等信息傳送給日志服務器，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)絡安全穩(wěn)定地運行。