西氣東輸壓縮機組控制系統網絡拓撲優化

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兩個網絡，HIMA F35CPU處于安全考慮，兩塊CPU之間會判斷通信狀態，通訊中斷時會觸發壓縮機組停機，HIMA F35CPU通過網絡或總線與機組過程PLC通訊。

關鍵詞：壓縮機;控制系統;網絡拓撲;堆疊技術

在壓縮機組實際運行過程中，HIMA F35CPU本身故障率較低，但由于網絡通信中斷導致的故障停機次數較多，尤其是西氣東輸三線GE機組控制網絡中，HIMA A網絡與HIMA B網絡之間的通信是通過四臺機組總的匯聚交換機實現，當匯聚交換機或對應HIMA網絡的端口或網線故障時，會同時觸發四臺壓縮機組停機，導致單站失效的嚴重后果，設計不合理。

以西氣東輸三線嘉峪關站GE電驅機組控制系統網絡拓撲為例（圖1）。

針對此現象，對現有各類網絡架構進行對比分析，最終確定采用堆疊技術構建全冗余交換機系統，整個網絡任意一個節點或設備出現故障，都可以保證正常通訊，可以有效的解決目前GE壓縮機組網絡存在的缺陷。

堆疊技術簡介：又被稱為集群交換機系統（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，對外呈現為一臺邏輯交換機;多臺設備間冗余、備份，提高系統的可靠性。

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

優化后的網絡拓撲中，每一層級的交換機都有兩根交叉互聯網線，壓縮機組控制系統網絡任意一個節點或設備出現故障，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構，不會出現網絡風暴和數據阻塞現象，保證了數據傳輸穩定性。

對嘉峪關三線機組控制系統網絡拓撲確定后，現場重新布線和安裝交換機，并對所有交換機配置進行修改，全部優化完畢后進行了測試：

①機組交換機一臺故障，或某處網線松動;

②匯聚交換機一臺故障，或某處網線松動;

③核心交換機一臺故障，或某處網線松動。

幾種情況下機組通訊均正常，機組控制系統網絡實現了完全冗余，壓縮機組控制系統網絡任意一個節點或設備出現故障，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運行。

對比各類網絡拓撲結構的優缺點：總線型、樹形、網狀、星型，環型;目前主流控制網絡仍然是級聯樹狀結構，將網絡交換機堆疊新技術與樹形拓撲結構相結合，可以使網絡在物理鏈路上簡化為簡單樹形拓撲結構，樹形的通信線路總長度短，成本較低，節點易于擴充，尋找路徑比較方便，比網狀結構簡單;但同時規避了樹形結構任一節點或其相連的線路故障都會使系統受到影響的缺點，實現了全網絡的冗余，并且避免了其它結構可能出現的網絡風暴和數據阻塞情況。

優化后的網絡的運行一年左右，通信狀況良好，未在出現因為通信問題導致的機組故障停機，為西氣東輸在壓縮機控制網絡優化提供了很好的方向，現在已經在西氣東輸二三線其他站場開始推廣。

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