水电站视频网络监控系统解决方案

行业背景：

　　水利是国民经济的基础行业，我国地域辽阔，水利资源分布区域较广，大小江河、湖泊、水库和附属的堤坝、闸门、涵洞众多，要管理和利用好这些水资源和水利设施，做到日常管理与防汛指挥、抗洪抢险并用，远程的调度、检测和维护是必不可少的，这些是水利信息化的主要内容，是带动水利现代化的重要措施。

在水利系统的建设中，水利视频监控系统是必不可少的一个环节，其主要的责任在于辅助安全生产，其目标是监视电厂各设备的运行状态，以减轻现场人员的劳动量和劳动强度，及时发现各种危险状况，制止事故的发生，且随着我国许多水电站及变电站实现了“无人值班、少人值守”的运行管理模式，在较少运行人员的情况下，为有效地保障电站安全可靠的运行，运行管理人员借助计算机监控系统进行水利水电工程内设备监视控制的同时能够观看远方稳定而且清晰的现场图像信息的愿望更为迫切。但是，水利电力行业视频监控系统一般运行在低温、潮湿、风尘大、强电磁场干扰恶劣的环境条件下，且水电站具有地域分布较宽、运行设备较多等特点，从而对组建的视频监控系统要求较高。建立一个能够长期可靠稳定运行、能够远程转送清晰的图像且操作又十分便捷的视频监控系统就显得十分重要。

环境要求：

由于水利电站所处的环境非常恶劣，对于光伏发电监控系统的传输设备（工业以太网交换机）的性能要求相当的苛刻。

◆自愈冗余保护功能

怎么建立一套可靠的、不间断的通信网络，成为我们必须面对的挑战。近年随着工业以以太网的快速发展，网络冗余技术在电力自动化系统中得到广泛的运用，GM-Ring环网冗余算法的无主站架构及其自愈时间＜20ms,很好保证了网络的可靠性。

◆强电磁干扰

由于水利电站的一些设备会产生一个极强的电磁场，这就对通信网络的传输设备在电磁兼容性方面提出很高的要求。如果电磁兼容性不好的话，将导致数据通信不正常甚至是无法通信。

◆极端的温度差

水利发电现场环境是相当的恶劣，不仅仅是要受风雨的侵蚀，而且受到极端温度的煎熬。这就要求相应的设备必须能够在-40—85°C的温度范围内可靠的工作。

◆长距离传输

由于双绞线只能用作短距离的以太网连接，使得传输受到限制。对于水利发电这个行业，往往需要长距离的传输，因此光传输就是必要的。

◆丰富的光纤端口

由于光纤基本不受电磁场的干扰，传输距离远，高带宽，在水利发电行业得到了普遍的运用。而工业以太网交换机作为其中的传输设备，相应的需要提供丰富的光纤端口。

◆强大的扩展性

工业以太网交换机需要具有很强的扩展性，来满足系统的扩建。因此，工业以太网交换机需要采用模块化设计，用户可以灵活的选择传输介质，而且利于实现将来的升级和扩展

解决方案：

光迈工业以太网交换机在水利发电站监控系统的解决方案采用三层式架构，分别是数据采集层、网络传输层、中心监控层。此方案采用GM-Ring私有环实现前端设备冗余，以及使用汇聚层交换机端口汇聚实现上行电站控制层的链路冗余。核心机房采用机架式工业以太网交换机组成，汇聚多个环网数据流量，上行传至核心三层交换机。每个数据采集点由多个卡轨式环网交换机组成，每个环网通过物理隔离提高网络的安全性，环网交换机启用GM-Ring快速环网冗余协议，保障了网络的故障快速切换，在环网中启用交换机的VLAN虚拟局域网功能，将水利网络摄像头、PC机、PLC等业务隔离，防止广播风暴产生影响其他业务，并开启交换机各业务接入端口的广播风暴抑制功能，可以实现网络中”有效数据传输，无效数据隔离“的功能，提高网络数据传输的安全性。同时采用Qos服务质量功能，根据不同的业务级别对交换机的接入端口进行带宽分配。中心监控系统通过三层交换机划分多个不同网关的VLAN。网关不同的局域网之间，如果其中一个网关网络产生故障不会影响其他网关网络的正常使用。整个网络搭建好之后，首先通过ping的方式按照拓扑图结构由主到次依次ping交换机、网络视频摄像头、PC机等设备，通过设备的MAC地址和IP地址绑定到特定的端口上，绑定完成后，对绑定的设备或者端口，设置特定对应的IP地址。网络中如果需要添加和更改设备，首先向网络管理中心申请，得到许可后，将需要添加设备的MAC地址记录，并分配一个对应的IP地址，以此来提高安全性。最后网络中交换机设备对于不适用的端口选择disable，关闭端口功能。

系统拓扑图：

光迈通信工业以太网产品优势：

u工作温度：-40～80℃，存储温度：-45～85℃，工作湿度：5～95%(无凝露)；u金属铝制外壳无风扇散热技术，IP40以上等级防护；可定制机架、导轨、壁挂安装；

v在严酷电磁环境可靠稳定工作：

u通过工业四级电磁兼容性检测，有效防御工业干扰：高压交流电场、静电场、电弧、可控硅等；自然界干扰：雷电冲击、各种静电放电、磁暴等；

u设备平均无故障时间超过30万小时，长年提供备品备件；

v快速冗余：

u支持GM-Ring以及RSTP/MSTP等环网冗余技术，保障了网络通信的无扰动切换，前者网络自愈时间小于20ms。

安全优势：

v支持VLAN（虚拟局域网）技术

uVLAN是安全交换机必不可少的功能。VLAN可能跨越一个或多个交换机，与它们的物理位置无关，设备之间好像在同一个网络间通信一样。VLAN可以在交换机上实现广播域的隔离，它可以把网络分成一个一个独立的区域，可以控制这些区域是否可以通讯。

v流量控制功能(trafficcontrol)

u交换机的流量控制可以预防因为广播数据包、组播数据包及因目的地址错误的单播数据包数据流量过大造成交换机带宽的异常负荷，并可提高系统的整体效能，保持网络安全稳定的运行。

v支持端口聚合

u多个的端口的聚合即提高链路传输带宽，又为链路提供了冗余保护；

vIEEE802.1x身份验证机制

uIEEE802协议集的局域网接入控制协议，是基于端口的访问控制协议。它能够在利用IEEE802局域网优势的基础上提供一种对连接到局域网的用户进行认证和授权的手段，达到了接受合法用户接入，拒绝非授权用户的访问，保护网络安全的目的。

vQoS机制

u光迈通信工业以太网交换机采用了IEEE802.pQoS、CoS/TOS/DSCP优先级策略，保障了数据关键数据的实时可靠传输。

v支持广播风暴抑制、IGMP-Snooping组播协议，提高网络传输效率

v系统日志

u交换机的日志功能可以将系统错误、系统配置、状态变化、状态定期报告等信息传送给日志服务器，网管人员依据这些信息掌握设备的运行状况，及早发现问题，及时进行配置设定和排障，保障网络安全稳定地运行。

v统一网管：

u除提供方便的Web等访问外，还支持SNMP、RMON管理，方便与第三方设备实现全网统一管理。

结语：

　　光迈通信作为工业以太网设备的专业制造商，为水利发电提供专家级解决方案：采用先进的工业以太网通信技术实现水利发电的有效监控，保障了整个的系统安全性、可靠性、稳定性，提高了水利发电效率，标准的通信协议也为其他业务的接入提供了便利。