由彼得·博格執(zhí)導(dǎo)的電影《深海浩劫》，因其宏大的拍攝手法和震撼的視覺(jué)效果，斬獲了第89屆奧斯卡金像獎(jiǎng)的最佳視覺(jué)效果和最佳音效剪輯獎(jiǎng)。這部影片真實(shí)地還原了美國(guó)歷史上最嚴(yán)重的石油泄漏災(zāi)難——2010年墨西哥灣原油泄漏事件，讓我們更加真切地意識(shí)到石油和天然氣資源也能化身為“災(zāi)難巨獸”從而改變我們的生活和環(huán)境；同時(shí)，這部影片也引起了社會(huì)對(duì)海上油氣工程安全的高度關(guān)注。

海上油氣工程具有氣候惡劣、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，這使得工程中的電氣和自動(dòng)化系統(tǒng)不僅要滿(mǎn)足海上運(yùn)行環(huán)境和生產(chǎn)工藝要求，也要保障現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備和環(huán)境的安全。這對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性提出了極高的要求。

工業(yè)交換機(jī)作為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，它是如何滿(mǎn)足海上油氣工程的特殊應(yīng)用需求呢？下面我們來(lái)聊一聊。

滿(mǎn)足海上環(huán)境的運(yùn)行要求

海上環(huán)境具有溫差大、濕度大、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，雖然目前大多數(shù)系統(tǒng)安裝在相對(duì)封閉的室內(nèi)環(huán)境中，但也不可避免的受到電磁干擾、振動(dòng)、傾斜、沖擊等因素的影響，工業(yè)交換機(jī)需要能夠應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

解決方案

選擇具有船級(jí)社認(rèn)證①并帶有防腐涂層的工業(yè)交換機(jī)產(chǎn)品，能夠滿(mǎn)足海上環(huán)境的運(yùn)行要求，例如將工業(yè)交換機(jī)安裝在船舶中包括露天甲板的任何位置，工業(yè)交換機(jī)不會(huì)受到溫濕度、電磁干擾等環(huán)境因素的影響。

表1 船上不同位置的環(huán)境參數(shù)分類(lèi)

保證系統(tǒng)通訊的實(shí)時(shí)性

海上的電氣和自動(dòng)化系統(tǒng)大多采用遠(yuǎn)程控制的方式，操作指令由中控室或者遠(yuǎn)端的觸摸屏下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)的控制器。用于自動(dòng)控制目的的數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在100ms以?xún)?nèi)，這對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性提出了極為苛刻的要求。

解決方案

在設(shè)計(jì)階段，合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)帶寬能夠保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。如果網(wǎng)絡(luò)中采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)收斂時(shí)間應(yīng)小于系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間，例如采用MRP環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，環(huán)網(wǎng)收斂時(shí)間在50ms以?xún)?nèi)，這保證了控制數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)。

保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性

網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃要保證網(wǎng)絡(luò)中的任何單點(diǎn)故障都不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能失效，部分高可靠的系統(tǒng)還需要避免多點(diǎn)故障同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的影響。網(wǎng)絡(luò)故障的影響要控制在最小范圍內(nèi)，也要避免蔓延到其他系統(tǒng)中。

解決方案

網(wǎng)絡(luò)采用具有容錯(cuò)性的冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，結(jié)合系統(tǒng)要求和終端設(shè)備功能進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)；網(wǎng)絡(luò)要盡可能選擇寬壓供電、電源冗余的交換機(jī)產(chǎn)品，避免供電對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的影響；網(wǎng)絡(luò)要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分段、VLAN、邊界防護(hù)等功能，將網(wǎng)絡(luò)故障的影響控制在最小范圍內(nèi)。

保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全

海上油氣工程作為國(guó)家重要的戰(zhàn)略資源，其系統(tǒng)的安全性越來(lái)越受到重視。網(wǎng)絡(luò)安全正是系統(tǒng)安全中最為重要的一環(huán)，交換機(jī)要充分滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的要求。

解決方案

IEC62443是目前國(guó)際通用的網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)從產(chǎn)品功能和系統(tǒng)管理等方面對(duì)資產(chǎn)所有者、系統(tǒng)集成商、產(chǎn)品供應(yīng)商提出了全面細(xì)致的網(wǎng)絡(luò)安全要求。選擇滿(mǎn)足IEC62443-4-2標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī)產(chǎn)品能夠從系統(tǒng)完整性、數(shù)據(jù)保密性、資源可用性等方面充分保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

圖1  IEC62443針對(duì)產(chǎn)品生命周期的示例說(shuō)明

提高系統(tǒng)管理和運(yùn)維的效率

電氣和自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)工程中大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理，這些設(shè)備不僅包括交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也包括服務(wù)器、控制器等終端設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)工程師需要通過(guò)監(jiān)控信息快速定位并解決問(wèn)題，這要求交換機(jī)支持全面的網(wǎng)絡(luò)管理，數(shù)據(jù)同步和通訊功能。

解決方案

赫思曼交換機(jī)能夠支持OPC-UA、Profinet、IEC61850等工業(yè)通訊協(xié)議，以及SNMP等網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，交換機(jī)所共享的信息除了實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，也包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備日志、報(bào)警信息等，這能夠幫助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)控和管理。

隨著油氣資源的開(kāi)發(fā)由淺海走向深海，海上油氣裝備和技術(shù)的不斷進(jìn)步，海上油氣資源在化石能源開(kāi)采總量中的占比越來(lái)越高，配套系統(tǒng)的建設(shè)變得更加多樣和復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)在其中承擔(dān)了更加重要的作用。百通赫思曼作為端到端的網(wǎng)絡(luò)解決方案提供方，在海上油氣工程方面有著豐富的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、技術(shù)團(tuán)隊(duì)以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。如果您需要了解更多，請(qǐng)?jiān)斣?xún)百通赫思曼。

①目前海上油氣工程通常采用船級(jí)社認(rèn)證作為能否在海上環(huán)境運(yùn)行的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家通用的船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)包括DNV（挪威船級(jí)社），GL（德國(guó)勞氏船級(jí)社）等。