西氣東輸壓縮機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲優(yōu)化

張金明 李魏巍 王世穎

摘要：西氣東輸二線和三線GE壓縮機組控制系統(tǒng)中，均采用HIMA F35CPU作為安全PLC，均是采用兩塊CPU，分為A、B兩個網(wǎng)絡(luò)，HIMA F35CPU處于安全考慮，兩塊CPU之間會判斷通信狀態(tài)，通訊中斷時會觸發(fā)壓縮機組停機，HIMA F35CPU通過網(wǎng)絡(luò)或總線與機組過程PLC通訊。

關(guān)鍵詞：壓縮機;控制系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)拓撲;堆疊技術(shù)

在壓縮機組實際運行過程中，HIMA F35CPU本身故障率較低，但由于網(wǎng)絡(luò)通信中斷導(dǎo)致的故障停機次數(shù)較多，尤其是西氣東輸三線GE機組控制網(wǎng)絡(luò)中，HIMA A網(wǎng)絡(luò)與HIMA B網(wǎng)絡(luò)之間的通信是通過四臺機組總的匯聚交換機實現(xiàn)，當(dāng)匯聚交換機或?qū)?yīng)HIMA網(wǎng)絡(luò)的端口或網(wǎng)線故障時，會同時觸發(fā)四臺壓縮機組停機，導(dǎo)致單站失效的嚴重后果，設(shè)計不合理。

以西氣東輸三線嘉峪關(guān)站GE電驅(qū)機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲為例（圖1）。

針對此現(xiàn)象，對現(xiàn)有各類網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行對比分析，最終確定采用堆疊技術(shù)構(gòu)建全冗余交換機系統(tǒng)，整個網(wǎng)絡(luò)任意一個節(jié)點或設(shè)備出現(xiàn)故障，都可以保證正常通訊，可以有效的解決目前GE壓縮機組網(wǎng)絡(luò)存在的缺陷。

堆疊技術(shù)簡介：又被稱為集群交換機系統(tǒng)（簡稱為CSS或堆疊），是將幾臺交換機通過專用的堆疊線纜鏈接起來，對外呈現(xiàn)為一臺邏輯交換機;多臺設(shè)備間冗余、備份，提高系統(tǒng)的可靠性。

堆疊實現(xiàn)方式：交換機A和交換機B端口互聯(lián);通過指令使端口使能，確定優(yōu)先級;重新上電后，堆疊將自動組建完成。（圖2）

優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)拓撲中，每一層級的交換機都有兩根交叉互聯(lián)網(wǎng)線，壓縮機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)任意一個節(jié)點或設(shè)備出現(xiàn)故障，都可以保證機組正常通訊。（圖3）

兩臺交換機堆疊后在物理鏈路中等效為一臺交換機，等效后的拓撲圖是樹形結(jié)構(gòu)，不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴和數(shù)據(jù)阻塞現(xiàn)象，保證了數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。

對嘉峪關(guān)三線機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲確定后，現(xiàn)場重新布線和安裝交換機，并對所有交換機配置進行修改，全部優(yōu)化完畢后進行了測試：

①機組交換機一臺故障，或某處網(wǎng)線松動;

②匯聚交換機一臺故障，或某處網(wǎng)線松動;

③核心交換機一臺故障，或某處網(wǎng)線松動。

幾種情況下機組通訊均正常，機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了完全冗余，壓縮機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)任意一個節(jié)點或設(shè)備出現(xiàn)故障，都可以保證機組正常通訊。徹底消除了通信對機組正常運行的影響，保證了壓縮機組的平穩(wěn)運行。

對比各類網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點：總線型、樹形、網(wǎng)狀、星型，環(huán)型;目前主流控制網(wǎng)絡(luò)仍然是級聯(lián)樹狀結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)交換機堆疊新技術(shù)與樹形拓撲結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以使網(wǎng)絡(luò)在物理鏈路上簡化為簡單樹形拓撲結(jié)構(gòu)，樹形的通信線路總長度短，成本較低，節(jié)點易于擴充，尋找路徑比較方便，比網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)簡單;但同時規(guī)避了樹形結(jié)構(gòu)任一節(jié)點或其相連的線路故障都會使系統(tǒng)受到影響的缺點，實現(xiàn)了全網(wǎng)絡(luò)的冗余，并且避免了其它結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴和數(shù)據(jù)阻塞情況。

優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)的運行一年左右，通信狀況良好，未在出現(xiàn)因為通信問題導(dǎo)致的機組故障停機，為西氣東輸在壓縮機控制網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了很好的方向，現(xiàn)在已經(jīng)在西氣東輸二三線其他站場開始推廣。

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