SCALANCE S615模塊在船舶尾氣后處理遠程監控系統上的應用

王海江

摘? 要：西門子新推出的最新安全模塊Scalance S615，配備了5個以太網端口，用戶可以配置多達5個采用獨立防火墻規則的可變安全區，可以同時接入5套獨立的局域網系統，通過防火墻或虛擬專網VPN（IPsec和Open VPN）為各種網絡拓撲提供保護，通過Sinema Remote Connect遠程管理平臺能輕松進行集成和系統參數配置，該模塊可以為船舶尾氣后處理控制系統提供安全、快捷的遠程監控服務，提高售后服務效率，節約服務成本。

關鍵詞：S615;船舶尾氣;后處理;遠程監控

中圖分類號：X736.3 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）36-0017-03

Abstract： Siemens' latest security module， Scalance S615， is equipped with five Ethernet ports. Users can configure up to five variable security zones with independent firewall rules， can access five independent LAN systems at the same time， and provide protection for various network topologies through firewalls or virtual networks VPN （IPsec and Open VPN）. Integration and system parameters can be easily configured through the Sinema Remote Connect remote management platform. This module can provide safe and fast remote monitoring service for the ship exhaust aftertreatment control system， improve the after-sales service efficiency and save the service cost.

Keywords： S615; ship exhaust; post-treatment; remote monitoring

1 背景介紹

受全球范圍內節能減排法規的驅使，船舶航海領域的相關減排措施也如雨后春筍般涌現;所有船舶的節能減排措施都是圍繞船舶發動機進行的，包括機前處理措施、機內處理措施和排氣后處理措施，其中機前的主要措施是使用替代的清潔燃料，比如天然氣、生物柴油、低硫低碳燃油等措施;機內措施主要包括優化發動機內部結構和強度，提高壓縮比和燃燒溫度，提高燃燒效率，優化控制策略和點火正時;后處理措施主要包括尾氣脫硫脫氮、廢氣再循環、尾氣脫碳等措施。

近年來，船舶尾氣脫硫脫氮設備市場需求量激增，截止2019年年底全球已完成超過2000套的脫硫脫硝系統安裝，大量項目的實施給后續設備運行維護和售后帶來巨大挑戰，因此為船舶尾氣處理設備配置遠程監控系統，可以遠程監控設備的運行狀態，提高售后服務的及時性，降低售后維護成本，為船東提供更好的產品和服務。

2 船舶尾氣后處理控制系統架構

2.1 船舶脫硫控制系統

船舶脫硫系統的工作原理是利用海水的天然堿性，必要時也添加適量的堿性物質，通過海水泵被抽取到脫硫塔對發動機煙氣進行洗滌，脫除發動機煙氣中SOx等硫化物，防止含硫煙氣直接排入大氣中形成酸雨，污染大氣和海洋環境;其控制系統主要包括主控制柜、配電柜、變頻柜、遠程控制箱和系統必須的儀器儀表、遙控閥組、煙氣和水質監測設備等控制部件?？刂葡到y硬件架構如圖1所示：

2.2 船舶脫氮控制系統

船舶脫氮系統的工作原理是利用選擇性催化還原的原理，采用尿素（或液氨等）作為還原劑，在催化劑（附著在載體上）的作用下有選擇性地與發動機尾氣中的NOx反應產生無污染的氮氣和水，防止直接排入大氣環境后生成光化學煙霧、酸雨和臭氧，損害人類身體健康，破壞大氣環境;其控制系統主要包括主控制柜、給料及計量控制柜、儀器儀表和煙氣監測設備等控制部件，控制系統硬件架構如圖2所示：

3 S615安全網關功能介紹

Scalance S615是西門子推出的一款用于網關和數據監控的安全模塊，能夠通過基于網絡的管理（WBM）、命令行接口（CLI）和簡單網絡管理協議（SNMP）進行配置、管理和診斷局域網控制系統;具有多達五個獨立防火墻規則的可變安全區;可借助Sinema Remote Connect遠程管理平臺輕松完成參數配置、在線診斷、程序更新等功能，方便管理網絡連接，訪問分布在不同地點的機器設備;在防止非法訪問工業網絡和自動化系統方面具有更高的可靠性。其主要功能如下：

3.1 網絡配置和管理

（1）基于HTTP和HTTPS的Web管理（WBM）架構

（2）基于Telnet和SSH的命令接口（CLI）

3.2 安全功能

（1）具有NAT功能的路由器

（2）密碼保護

（3）防火墻模式

（4）sinema RC客戶端

（5）代理服務器

（6）西門子遠程服務（SRS）

3.3 監控、診斷和維護

（1）LEDs顯示，通過LED顯示器顯示操作狀態;

（2）數據記錄，用于監視、記錄事件;

（3）從中心站監控和控制網絡組件。

船舶脫硫脫硝系統作為一個相對獨立的局域網單元，而且是移動源，對其系統實時監控和遠程管理有一定的難度，借助S615網關模塊強大的安全和處理能力，能夠保證對船舶脫硫脫硝系統遠程監控各種功能的順利實施。

4 船舶尾氣后處理遠程監控技術要求

4.1 主要功能

船舶尾氣后處理遠程監控系統的主要功能是實現遠程監視系統運行狀態、遠程故障診斷、遠程故障排除和遠程升級系統軟件等遠程操控，目的是縮短售后響應時間，提高服務效率，快速查明原因，快速解決問題，減少售后維護成本，減少由于系統故障導致的船東運營損失。

除了配備必要的硬件設備外，還需要借助西門子的Sinema Remote Connect遠程管理平臺軟件對船舶上實際的控制界面進行遠程操控，完全替代本地調試工程師的本地操作。

4.2 硬件及軟件配置

考慮到船舶作為移動源，要實現遠程監控功能，需在控制系統架構內增加Scalance S615網關模塊和網絡交換機，完成對相關控制模塊的組網和硬件連接，然后借助船舶自身的網絡鏈路，并經過適當的軟件和IP設置，實現遠程路基互聯;同時，配置了S615網關模塊的遠程控制系統可以作為VPN服務器或VPN客戶端使用，實現遠程維護和局域網內各設備之間的數據完全交互，也可以通過選擇工業防火墻進行進一步加密，防止未經授權的設備或流量進入局域網，有效保護局域網系統數據安全。

4.3 船舶尾氣后處理遠程監控系統

船舶后處理遠程監控系統是依托船舶脫硫和船舶脫氮等后處理裝置自身的控制系統硬件架構，通過優化硬件網絡結構，增加S615安全模塊和其它必要的附屬通訊模塊，高度集成化的控制系統，具有遠程實施監控、遠程故障診斷、故障排除、修改完善系統參數設置，必要時進行軟件升級等一系列的遠程操作，同時可以通過設置一定的權限，保證對脫硫和脫氮兩套系統進行獨立遠程操控，保護各自隱私，避免關鍵信息共享。硬件架構如圖4所示。

5 結束語

現在的工業產品都提倡高度智能化和無人值守，尤其對于船舶這種移動源設備，其內部配套的各種設備及其控制模塊更需要智能化控制和遠程實時在線監控，只有這樣設備供應商才能為船東提供更好的服務和快速響應，減少過多的人力資源成本投入，將設備的售后運營服務成本降到最低。西門子S615安全網關模塊引入船舶尾氣后處理系統，可以實現遠程在線監控系統運行、遠程故障診斷、遠程故障排除和定期設備維護。未來還可以將該模塊推廣應用到更多的船舶配套設備上，為船東提供更加智能化的配套產品和快捷服務，提高運行效率，實現收益最大化。

參考文獻：

[1]MEPC 259（68）2015 GUIDELINES FOR EXHAUST GAS CLEANNING SYSTEMS[Z].May 15，2015.

[2]Operating Instructions， Industrial Ethernet Security SCALANCE S615（2018.8）[Z].

[3]User Guide，SIEMENS Industry Security Scalance S[Z].2008.2.

[4]周松，肖友洪，朱元清.內燃機排放與污染控制[M].北京航空航天大學出版社，2010.