西气东输压缩机组控制系统网络拓扑优化

张金明 李魏巍 王世颖

摘要：西气东输二线和三线GE压缩机组控制系统中，均采用HIMA F35CPU作为安全PLC，均是采用两块CPU，分为A、B两个网络，HIMA F35CPU处于安全考虑，两块CPU之间会判断通信状态，通讯中断时会触发压缩机组停机，HIMA F35CPU通过网络或总线与机组过程PLC通讯。

关键词：压缩机;控制系统;网络拓扑;堆叠技术

在压缩机组实际运行过程中，HIMA F35CPU本身故障率较低，但由于网络通信中断导致的故障停机次数较多，尤其是西气东输三线GE机组控制网络中，HIMA A网络与HIMA B网络之间的通信是通过四台机组总的汇聚交换机实现，当汇聚交换机或对应HIMA网络的端口或网线故障时，会同时触发四台压缩机组停机，导致单站失效的严重后果，设计不合理。

以西气东输三线嘉峪关站GE电驱机组控制系统网络拓扑为例（图1）。

针对此现象，对现有各类网络架构进行对比分析，最终确定采用堆叠技术构建全冗余交换机系统，整个网络任意一个节点或设备出现故障，都可以保证正常通讯，可以有效的解決目前GE压缩机组网络存在的缺陷。

堆叠技术简介：又被称为集群交换机系统（简称为CSS或堆叠），是将几台交换机通过专用的堆叠线缆链接起来，对外呈现为一台逻辑交换机;多台设备间冗余、备份，提高系统的可靠性。

堆叠实现方式：交换机A和交换机B端口互联;通过指令使端口使能，确定优先级;重新上电后，堆叠将自动组建完成。（图2）

优化后的网络拓扑中，每一层级的交换机都有两根交叉互联网线，压缩机组控制系统网络任意一个节点或设备出现故障，都可以保证机组正常通讯。（图3）

两台交换机堆叠后在物理链路中等效为一台交换机，等效后的拓扑图是树形结构，不会出现网络风暴和数据阻塞现象，保证了数据传输稳定性。

对嘉峪关三线机组控制系统网络拓扑确定后，现场重新布线和安装交换机，并对所有交换机配置进行修改，全部优化完毕后进行了测试：

①机组交换机一台故障，或某处网线松动;

②汇聚交换机一台故障，或某处网线松动;

③核心交换机一台故障，或某处网线松动。

几种情况下机组通讯均正常，机组控制系统网络实现了完全冗余，压缩机组控制系统网络任意一个节点或设备出现故障，都可以保证机组正常通讯。彻底消除了通信对机组正常运行的影响，保证了压缩机组的平稳运行。

对比各类网络拓扑结构的优缺点：总线型、树形、网状、星型，环型;目前主流控制网络仍然是级联树状结构，将网络交换机堆叠新技术与树形拓扑结构相结合，可以使网络在物理链路上简化为简单树形拓扑结构，树形的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，比网状结构简单;但同时规避了树形结构任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响的缺点，实现了全网络的冗余，并且避免了其它结构可能出现的网络风暴和数据阻塞情况。

优化后的网络的运行一年左右，通信状况良好，未在出现因为通信问题导致的机组故障停机，为西气东输在压缩机控制网络优化提供了很好的方向，现在已经在西气东输二三线其他站场开始推广。

参考文献：

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