西门子工业以太网交换机SCALANCE X在造船业的应用

我国目前的造船水平及能力都位于世界前列。2010年，本土化配套设备装船率达到60％，年船舶制造能力要达到1000万载重吨，造船产量占世界份额达到25％以上，接近或超过日本，形成中、日、韩三足鼎立的格局。2015年，本土化配套设备装船率达到80％，达2400万载重吨造船产量，占世界份额达到35％以上，接近或超过韩国，成为世界一流的造船大国。2020年前后，整体技术水平和自主创新能力进入国际前列，成为世界造船强国。造船强国所建造出的船舶必定代表着高水平，而船舶的自动化水平必将成为一个重要的考核标准。

1、系统监控的综合化
由于电气设备已经日趋通用化、模块化、系列化，可以做到组态灵活；计算机所有功能选择均能通过屏幕软件按钮直接完成，为系统监控的综合化提供了必要的基础。当然，根据需求不同仍旧存在着先进程度不同和性能要求不同的船舶，但是单机单控的系统必将逐步向综合监控的系统过渡。因为采用综合监控的形式，可以构成双重或多重冗余，对提高系统或者全船整体可靠性是有积极意义的。
2、系统的网络化
当前，数字化技术和总线技术应用已经相当成熟。现场总线是一种互联现场设备（或模块）与控制系统之间的双向数字通信网络。通常采用双层网，第一层为数据采集与传送网，第二层为控制网。为保证系统的可靠性，控制网络可采用冗余结构。考虑到危险分散原则，按系统又分成若干子网，如：推进系统、管道系统、电力监控系统等独立子网。通过系统的网络化，功能上集各子系统之众，从可靠性出发又是一个分布式系统；在数据采集和控制平台上各分系统密切结合，但在系统结构上又是一个主动性极强的系统，在平台某系统局部受损时不影响独立工作；采用网络冗余和设备冗余设计及不间断后备电源，生存能力很强；具有图像控制功能，人机界面和对话效果良好。
网络系统的优势在于采用数字化和高层次的自动化技术代替大量繁琐的人工操作，提高工作效率是显而易见的。它有助于减少频繁操作和减轻人员疲劳，把船员从环境恶劣的工作场合中解放出来。

在西门子船舶自动化方案中采用SCALANCE X-400系列工业级千兆模块化工业以太网交换机，利用HSR技术组成千兆环形工业以太网。SCALANCE X-400系列工业级千兆模块化工业以太网交换机其满足船级社认证的指标，集成网络管理，丰富诊断功能、同时又提供大量可扩展的端口、能够支持光纤和双绞线传输介质。例如：由分别安装有千兆单模介质模块的6台交换机构成两个千兆主干环网，并且都过每个环网的其中两台交换机直接通过千兆介质模块构成更高可用性的冗余双环网结构，实现真正的网络冗余，增强系统容错能力。

由Wincc冗余服务器构成监控器的配置，并且通过在客户端安装web navigator的服务器选件，实现了通过网络发布监控界面的系统要求，保证船长，航海长或者机电长等重要职能人员随时随地监控和指挥，保证安全。Wincc冗余服务器保证数据采集、画面浏览和操作互为热备，此外通过web负载平衡软件可以把web客户端的通讯平均分配到两个冗余服务器，并在其中一个服务器故障时把客户端自动切换热备服务器。Wincc提供完备和开放的平台用于嵌入第三方功能软件、代码和连接外部数据库，这样可以方便地把Wincc集成到外部系统中，特别是信息系统。

1、工业以太网的优势

（1）1000M网络更好的满足多网合一的需求。

（2）工业以太网因满足工业控制的需求而生，所以实时性更好设备响应时间小于10ms。（3）支持以太网协议的设备越来越多。

（4）与公共IP网络可无缝连接，通用性好。

（5）在船舶自动化行业有众多应用。

2、工业以太网交换机设备的优势

（1）由于为工业领域打造，设备具有满足恶劣环境的优势。

（2）可采用多种安装方式，如卡轨、壁板安装。（3）宽工作温度范围（-40°C-70°C）满足设备安装在现场一年四季、早晚的温度变化。

（4）通过多国船级社认证

· 美国舰艇协会

· 英国劳氏船级社

· 挪威船级社

· 德国劳氏船级社

· 日本海事协会

· 法国船级社

· 俄罗斯船级社

（5）抗干扰能力强。

（6）设备平均无故障时间长（几十至上百年），节省投资及后期维护费用。

（7）支持工业以太网协议。

（8）支持VLAN，可根据系统划分，提高传输效率保证数据安全。支持三层交换技术，保证需要通讯的VLAN间可交换数据。

（9）支持IGMP协议，可以高效快捷的传输视频源信号至多个监测位置，节省网络资源。

3、网络结构的优势

（1）支持多种网络结构。

（2）采用西门子HSR（快速冗余环）、西门子Standby协议，网络允许多个断点同时出现， 网络可快速自愈，保证通讯不中断。