1.網絡需求

　　1.1   總則

　　全廠能源管理係統的計量數據應能作為公司各工序環節核算能源消耗成本的合格數據
，在係統設計規劃中應得到足夠的重視,以確保這些數據真正為生產服務、為經營決策服務、為wei成cheng本ben管guan理li服fu務wu。將jiang全quan廠chang能neng源yuan管guan理li係xi統tong設she計ji成cheng基ji於yu以yi太tai網wang的de數shu據ju通tong信xin係xi統tong，包bao括kuo數shu據ju采cai集ji站zhan在zai內nei的de全quan部bu係xi統tong設she備bei能neng很hen好hao地di支zhi持chi以yi太tai網wang通tong信xin協xie議yi，將jiang使shi係xi統tong的de總zong體ti性xing能neng得de以yi提ti高gao。

　　1.2   EMS網絡結構設計原則：

　　- 網絡結構及配置成熟
、穩定、安全、可靠和方便維護。

　　- 工業網絡采用國際的主流工業級產品。

　　- 完善的網絡安全技術措施。

　　- 與信息化主幹網絡的規劃設計協調一致
，采用合理的工業網絡路由
，獨立的傳輸介質。

　　- 適合能源公輔係統分散控製、集中管理的要求。

　　- 應采用盡可能少的通信接口規約類型,以確保性能。

　　- 網絡可擴展，有足夠的能力餘量。

　　1.3   需求簡述

　　某鋼廠EMS係統采用獨立專用網絡，現場分區域設置5個百兆環網，這5個區域環網通過冗餘鏈路上聯到上層的千兆主環網，主環網的上層是中央以太網

，中央以太網用於連接管理網絡，包括I/O實時數據采集服務器、操作站、技術管理站

、數據庫/實時數據庫服務器、應用服務器
、工程師站、GPS、網絡打印機等，管理網絡的。

　　2.西門子網絡方案:

　　2.1   方案簡述

　　中央以太網為支持冗餘的千兆單模光纖環網
，中央以太網交換機放置在冶鋼能源管控中心機房，在中央以太網交換機側留有與公司ERP的接口，中央以太網與ERP間設置有防火牆進行隔離防護。

　　主環網為千兆單模光纖冗餘環網，通過5個區域環網連接冶鋼EMS的數據采集服務器與現場各生產、公輔單元的控製係統
、采集設備等。

　　現場的5個區域環網為百兆單模環網
，連接PLC
、DCS和RTUshujucaijizhandengwangluoshebei。wangluojiaohuanjijunweigongyejikewangguanjiaohuanjishebei
，wangluoshujuchuanshunenglimanzunengyuanguanlixitongwangluodeyaoqiu
，jubeijiaogaodewangluotuozhanjigaizaonengli。nengyuanguankongzhongxinshezhidecaozuozhandoukeyitongguowangluofangwen、操作底層的能源管理設備。

　　2.2   方案具體說明

　　2.2.1   主環網網絡介紹

　　為了在某鋼廠的六個主站點之間建立穩定

、可靠、高速的工業以太網網絡，在某鋼六個站點的鋼管辦公室、20萬氣櫃區域、四煉鋼辦公室、計算中心大樓、煉鋼調度室、一軋調度室各安裝千兆級工業以太網一台
，這六台交換機之間采用單模光纖連接，組成1000M工業以太網（HSR）冗餘環網, 當環網內的任意一條鏈路出現中斷的時候，網絡可以在30ms之內恢複數據通信，確保主幹網絡的高可用性。骨幹網絡提供的1000Mbit/s全雙工線速交換能力（實際提供2000Mbit/s雙向帶寬）。並可通過IEEE802.1q的VLAN劃分方式，對各子係統網絡流量進行劃分並優化流量。全網支持SNTP，3ms精度時鍾同步。基於PROFINET RT（Real Time）標準以數據4級優先級隊列，提供QoS服務。

　　2.2.2   區域子網絡介紹(以鋼管區域為例)

　　在鋼管辦公室區域的170區域；460區域

；273區域
；四總降；水處理
；預留140區域六處各安裝工業以太網交換機一台，這六台交換機之間采用光纖連接
，組成100M單模工業以太網（HSR）冗餘環網, 當環網內的任意一條鏈路出現中斷的時候，網絡可以在30ms之內恢複數據通信。同時按照最短路徑的原則
，在這6台子網絡交換機中任選兩台交換機
，通過100M單模光纖上連到安裝在鋼管辦公室的主幹網絡交換機
，這兩條鏈路互為備份，在主鏈路中斷的情況下，備份鏈路能在300ms內恢複數據通信。

　　2.3  網絡方案示意圖

　　由於某鋼的EMS采集點分布比較廣


，點數比較多


，故整個網絡采用主幹和區域環網加星型分支的結構。

　　考慮到主環網的節點擴充分支的需要，主節點采用全千兆設備，最少可以提供24個千兆端口（光或電，全模塊化設計），並且為分支節點的接入，提供充分的可擴充性。主幹環網的交換機應該提供至少4個千兆單模網絡接口
，其中2個千兆光口用於組環。

　　區域環網的上聯主環網的節點交換機為支持standby功能的網管型交換機，提供2個百兆單模接口雙鏈路上聯需求和2個百兆單模組環需求，同時
，區域環網的下聯交換機還需配有足夠口；為滿足所在區域附近的RTU設備可擴充的接入需求

，要求區域環網其餘的節點交換機至少提供24個端口的全模塊化網絡設備。

　　為減少故障恢複時間，提高係統可用性。選用的交換機需1：1配置內置的配置存儲卡用於故障時的快速設備替換。交換機RJ45接口需配置保護擋板，防止線纜因拉伸出現的虛接。

　　3.產品綜述

　　3.1 核心交換機: Scalance XR500

　　核心交換機

　　SCALANCE XR-500 交換機係列的萬兆工業以太網交換機適用於組建環形線和星形結構(10/100/1000/10000 Mbit/s) 的高效能工業以太網。SCALANCE XR552/XR528 是核心級、工業級機架式工業以太網交換機

，該產品為帶有多種連接介質的網絡組件的大型網絡所設計。

　　完全的模塊化保障了用戶需求的極大實現：單個介質模塊提供較小的端口密度4，進一步提高了係統可靠性，同時用戶可根據具體需求選擇任意的介質模塊。如XR528-6M提供多達28個1000/10000M 端口
，可插入6個介質模塊，每個介質模塊具有4個端口；同時提供4個10G SFP 插槽。而XR552-12M提供高達52個1000/10000端口，則可以插入12個介質模塊，並提供4個10G SFP 插槽。

　　基於XR500強大的QoS控製
，提供了比較豐富的QoS控製方法，能夠很靈活地應用於網絡環境，更好地保證網絡QoS質zhi量liang。通tong過guo賦fu予yu某mou數shu據ju包bao更geng高gao的de優you先xian權quan或huo是shi降jiang低di其qi他ta數shu據ju包bao的de優you先xian權quan來lai給gei定ding某mou一yi具ju體ti數shu據ju包bao的de優you先xian權quan。通tong常chang數shu據ju包bao信xin息xi是shi按an照zhao時shi間jian順shun序xu流liu通tong的de，先xian來lai先xian通tong過guo。這zhe種zhong流liu通tong方fang式shi不bu會hui優you先xian處chu理li特te定ding的de信xin息xi，如ru果guo遇yu到dao信xin息xi負fu荷he，容rong易yi引yin起qi信xin息xi流liu通tong混hun亂luan，但dan是shiQoS 可根據信息的重要性重設信息流通的順序。利用QoS，可以預測網絡的性能、更加有效地管理帶寬。

　　控製網絡資源，QoS 可以有效地控製帶寬。網絡流量限製非緊急應用的帶寬（如FTP文件傳輸），這樣其他應用就能得到更多的帶寬。

　　有效利用網絡資源能滿足所有應用所需的帶寬，從而保證工作性能的可靠性。QoS保證了重要而又緊急的信息及時轉發。

　　定製化服務，QoS有助於網絡應用為用戶提供不同的服務。它把特有帶寬分配給更重要的、能產生即時流量的應用，比如：音頻、視頻等。

　　XR500核心交換機QoS的操作方式，即來包根據配置條件分類
，加標簽和解標簽之後
，交換機把分類完的的和處理過的包通過相應的調度算法進行傳輸。XR500提供了以下調度算法：

　　-嚴格的優先級排序（SP）

　　-差額輪循調度(DRR)

　　-加權輪循調度（WRR）。

　　XR500提供擴展的高端功能，如管理端口，三層交換功能刷新卡，介質模塊熱插拔，3層交換，冗餘路由，IPV6；

　　3.2   骨幹環網三層交換機: SCALANCE X414-3E

　　SCALANCE X414-3E產品係列是適合為高性能網絡建立線型，星形和環狀結構(10/100/1000 Mbit/s) 的工業以太網絡交換機。

　　靈活構建電氣或光學工業以太網；網絡拓撲結構、端duan口kou類lei型xing以yi及ji數shu量liang都dou可ke很hen容rong易yi地di適shi配pei不bu同tong的de網wang絡luo結jie構gou。具ju有you高gao度du的de網wang絡luo可ke用yong性xing，這zhe是shi由you於yu
，例li如ru，具ju有you基ji於yu光guang纖xian環huan網wang冗rong餘yu性xing的de冗rong餘yu網wang絡luo結jie構gou，集ji成cheng有you冗rong餘yu管guan理li器qi

，具ju有you冗rong餘yu電dian壓ya饋kui入ru或huo者zhe可ke在zai運yun行xing過guo程cheng中zhong交jiao換huan和he擴kuo展zhan介jie質zhi模mo塊kuai。

　　通過插入式C-PLUG交換介質，可在沒有編程機時更換設備; 配置數據或者應用數據安全地保存在C-PLUG插入式交換介質中，而且即使沒有專業知識這些設置還可簡單地通過將存儲卡插入另一個更換設備而傳入。

　　SCALANCE X414-3E有一個模塊化結構，利用這個結構中
，介質模塊和/或者擴展模塊可根據需要連接到交換機上。這些擴展可提供8個附加的電信和光纖接口。

　　在SCALANCE X414-3E之間可建立千兆級連接；雙絞線用戶可直接連到基本的設備上。通過介質設備可實現連接光纖。

　　可以構成以下網絡拓撲和拓撲組合:

　　■ 高速以太網和具有高速媒介冗餘的千兆級以太環網；為了防止傳輸鏈路或者交換機發生錯誤，多達50個SCALANCE X-400交換機流線型排列連接到一個環狀網內，對於多模的可組成一個總共長達150km的線路
，或者對單模可組成一個總共長達3,500 km的線路。當環狀網內一個傳輸路徑或者SCALANCE X-400交換機發生錯誤，傳輸路徑可在0.3秒內重構。

　　■ SCALANCE X-400 支持環形網結構的冗餘連接，同時可以使用快速生成樹冗餘連接到公司網絡。

　　■ 采用SCALANCE X-400交換機的星形結構：每個SCALANCE X-400 交換機有一個星形觸點可通過電信號或者光信號與多達26個節點或子網相連。

　　■ 用來連接雙絞線的數據終端，或者網段(10/100/1000Mbit/s)。

　　3.3   骨幹環網全模塊化交換機, 以及區域百兆環網下聯交換機: SCALANCE XR324

　　SCALANCE XR300係列骨幹工業以太網交換機適用於組建總線和星形結構 (10/100/1000Mbit/s) 的高效能以太網

，可靈活構建光纖或電氣網絡。基於交換機內部的管理功能，也可以用於組件光纖或電氣的環形拓撲結構網絡。SCALANCE XR係列交換機采用金屬外殼，標準機架式安裝
、無風扇設計。由於其麵向變電站應用的特殊性，產品設計更加牢固可靠。冗餘電源
、更寬溫度工作範圍，均滿足變電站或相應惡劣環境的應用需求。

　　SCALANCE XR監控VLAN等各種IT協議
，可以劃分網絡
，實現對不同網絡間的安全隔離，以及網絡流量的優化。IGMP Snooping功能使XR係列交換機在組播應用環境下應用自如。當工業網與傳統商用以太網連接時，RSTP和SNTP與傳統商用以太網設備的兼容性。

　　SCALANCE XR係列交換機支持通過 LED 進行設備診斷（電源、鏈路狀態、數據通訊）
，同時
，還可以使用信號觸點、PROFINET、SNMP和Web 瀏覽器的方式對交換機進行遠程管理和診斷。支持C-PLUG存儲介質。

　　設備接口

　　MM992-2Cuc：工業以太網RJ45接口，支持10/100/1000M自適應功能
，自動極性反轉

、自交叉。支持Fasconnect快速連接技術。

　　MM992-2LD/LH/LH+：1000M以太網光纖模塊
，單模傳輸1310/1550nm波長支持G.625光纖。有效傳輸距離10km-140km

　　MM992-2SFP：光纖介質模塊插槽，提供SFP接插件接口。靈活替換接插件替換傳輸模塊，改編光纖傳輸距離。

　　SFP991-1LD/LH+：光纖SFP接插件單模傳輸1310/1550nm波長支持G.625光纖。有效傳輸距離35km-140km

　　3.4   網絡管理軟件: SINEMA SERVER

　　SINEMA 服務器是一種為您量身定製的解決方案，能夠提高網絡容錯率，記錄網絡信息並將網絡診斷集成到 SCADA 係統中。利用該軟件可以借助自動生成的拓撲圖快速便捷地識別有線和無線工業以太網中的通訊故障。

　　診斷信息在 SINEMA 服務器上永久記錄並存檔。 為此使用了 SNMP、PROFINET 等標準協議。

　　SINEMA Server Basic 中收集的信息可以通過標準瀏覽器(例如 Internet Explorer 或 Firefox)隨時查閱。標準化的網絡報告能夠記錄網絡信息，更完善了 SINEMA Server Basic 的服務範圍。

　　特點：

　　1)自動識別設備並生成網絡拓撲

　　2)網絡監測和可視化 24x7

　　3)用戶地圖

　　4)通過網絡瀏覽器進行遠程診斷

　　5)對 SCALANCE 和 PROFINET 網絡的詳細診斷，包括環冗餘和 WLAN

　　6)第三方設備的標準診斷 (SNMPV1/V3)

　　7)可個性定製的 Web 診斷

　　8)清晰易懂的網絡報告

　　9)事件報警

　　10)直觀的操作方式。

　　優點：

　　1)SINEMA 服務器顯著縮短了對網絡問題的反應時間，是工業網絡的重要組成部分。它可以幫助削減運行成本，減少停機時間。

　　2)該軟件可以簡單地集成在 HMI/SCADA 係統中
，如 WinCC。

　　與其他網絡管理係統相比，信息的複雜性得到了大大簡化
，無需專業知識即可進行操作。

　　4.項目綜述

　　西門子成功得實施了某鋼的EMS網絡，目前運行正常。客戶通過EMS網(wang)絡(luo)平(ping)台(tai)在(zai)全(quan)局(ju)的(de)角(jiao)度(du)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)和(he)管(guan)理(li)
，優(you)化(hua)了(le)管(guan)理(li)流(liu)程(cheng)
，為(wei)企(qi)業(ye)找(zhao)尋(xun)了(le)一(yi)條(tiao)更(geng)好(hao)的(de)生(sheng)產(chan)流(liu)程(cheng)和(he)運(yun)營(ying)手(shou)段(duan)，降(jiang)低(di)了(le)非(fei)正(zheng)常(chang)消(xiao)耗(hao)，並(bing)且(qie)限(xian)製(zhi)了(le)故(gu)障(zhang)的(de)發(fa)生(sheng)，加(jia)快(kuai)了(le)故(gu)障(zhang)的(de)處(chu)理(li)，引(yin)進(jin)了(le)更(geng)科(ke)學(xue)的(de)管(guan)理(li)理(li)念(nian)，提(ti)高(gao)了(le)員(yuan)工(gong)的(de)工(gong)作(zuo)積(ji)極(ji)性(xing)，使(shi)企(qi)業(ye)朝(chao)著(zhe)高(gao)效(xiao)、穩定的方向健步發展 。

　　我們也相信，通過我們不懈的努力和優質的服務

，必定會為企業創造更多的利潤和效益。

圖一：基於以太網的數據通信係統

圖二：網絡方案示意圖

圖三：Scalance XR500核心交換機

圖四：骨幹環網三層交換機

圖五：區域百兆環網下聯交換機