c20122基于3的對(duì)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)系統(tǒng)研究被收錄

1、An Applied Research of Programmable Controller Remote Diagnosis and Maintenance SystemBased on 3G NetworkZhang-Yinghui Industry Center Shenzhen PolytechnicShenzhen, ChinayhzhangWu-YiyuShenzhen Futurelooks Automation System Co.Shenzhen, China paulAbstractThis paper provided a solution on how to use l

2、atest 3G(3rd-Generation) network technology to build the remote diagnostic and maintenance system for PLC, on the basis of research and practice. With an example of Siemens S7 series PLC, the paper had a detailed discussion on the network topology, the working principle and the technical methods of

3、the system. This solution can effectively improve remote controllability, rapid responsiveness and security of the programmable control system; and provide the new technical guarantee for the remote online diagnosis, uploading and downloading procedures and online programming. The paper also focused

4、 on how to use the IPsec protocols and基于 3G備如下功能：的可編程器診斷和維護(hù)系統(tǒng)1）可實(shí)現(xiàn)管理計(jì)算機(jī)和可編程雙向通訊；器之間的數(shù)據(jù)2）通過(guò)協(xié)議的和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)可編程程序；器上3）可實(shí)現(xiàn)可編程器的診斷和維護(hù)；信號(hào)和工業(yè)數(shù)據(jù)的4）通過(guò) 3G 網(wǎng)絡(luò)完成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)安全傳輸；本方案中，上位計(jì)算機(jī)（PC）與technology to provide security guarantees of industrial transmission in the Internet.dataPLC 通訊的載體是 3G 接入模塊(SY-3G)，通過(guò)該模塊可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采Keywo

5、rds-3G NetworkRemote diagnostics Programmable Controller Industrial Ethernetandmaintenance集、診斷、上編程和現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)，進(jìn)行傳輸；對(duì)于遠(yuǎn)在千里之遙的 PLC如身臨現(xiàn)場(chǎng)一樣。調(diào)試、診斷、將I.引言可編程器(PLC)系統(tǒng)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，越來(lái)越復(fù)III.基于 3G 技術(shù)的診斷和維護(hù)系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)雜，對(duì)故障診斷和維護(hù)的水平要求也越來(lái)越高。PLC系統(tǒng)的故障診斷和維護(hù)通常有現(xiàn)場(chǎng)工程師診斷、自A. 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D 1 所示。系統(tǒng)的主要元器件和功能為：1）遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)對(duì)象：PLC 采用西門子 S7-3

6、00 和支持工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)（Profinet）的 S7-1200。通過(guò) PLC 的以太網(wǎng)通訊接口，完成主站 PC 機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中管理，實(shí)時(shí)數(shù)診斷和技術(shù)支持等方法。受現(xiàn)場(chǎng)工程師技術(shù)水平和遠(yuǎn)程技術(shù)支持有效性等因素制約，因不、準(zhǔn)確地處理系統(tǒng)故障，而給用戶造成的損失和生產(chǎn)安全將可能是巨大的。因此，迫切需要依靠便捷、靈活、高速、可 靠的第三代移動(dòng)通信（3G）技術(shù)，構(gòu)建集診斷、監(jiān)測(cè)、控制、管理于一體的。診斷和維護(hù)系統(tǒng)。但未見(jiàn)據(jù)、診斷和上編程等操作2；II.基于 3G 網(wǎng)絡(luò)的診斷和維護(hù)系統(tǒng)功能2）攝像頭：分配 IP 后，通過(guò)以太網(wǎng)接口連接到通訊模塊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視；解決自動(dòng)化系統(tǒng) 于，必須提高系統(tǒng)的 礎(chǔ)

7、上，以西門子可編程診斷和維護(hù)的問(wèn)題在通訊能力。本文在實(shí)踐的基器為例，提出了“基于 3G 網(wǎng)3 ）通訊模塊： 安全通訊模塊采用 SY-RSCM300。該模塊具有交換、路由、安全網(wǎng)關(guān)和器診斷和維護(hù)系統(tǒng)”的解決方案。3G絡(luò)的可編程VLAN 等功能，用于建立可編程器、攝像頭等設(shè)備與是最新的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，其信號(hào)強(qiáng)且穩(wěn)定，傳輸速率高達(dá)主機(jī)之間的虛擬局域網(wǎng)絡(luò)（VLAN）通道3；l44kbps2Mbps1，為實(shí)現(xiàn)可編程器系統(tǒng)的診斷4）3G 接入模塊：采用 SY-3G 路由器，具有通過(guò) 3G 上網(wǎng)、路由、VLAN 等功能；和維護(hù)提供了便捷、可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。通訊模塊SY-RSCM以太網(wǎng)Internet無(wú)線管理

8、計(jì)算機(jī)交換機(jī)通訊模塊SY-RSCM以太網(wǎng)以太網(wǎng)無(wú)線以太網(wǎng)管理計(jì)算機(jī)服務(wù)器圖 1：基于 3G的可編程器診斷和維護(hù)系統(tǒng)拓?fù)鋱D（3） 介于二、三層間的隧道協(xié)議：MPLS（4） 基于 Socket V5 的 VLAN本方案基于協(xié)議安全、協(xié)議支持和實(shí)時(shí)通訊的要求，5)管理計(jì)算機(jī)：采用 Windows XP 操作系統(tǒng)、西門子PLC 編程軟件。網(wǎng)絡(luò)還可由多臺(tái)管理計(jì)算機(jī)和服務(wù)器同時(shí)對(duì)多個(gè)采用 IPsec 協(xié)議，構(gòu)建 IP VLAN。構(gòu)建的流程圖如圖 2 所示:診斷系統(tǒng)通訊模塊下的可編程器進(jìn)行。同時(shí)，在每個(gè)通訊模塊下，可以根據(jù)需要，搭建無(wú)線以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) 無(wú)法布線區(qū)域的無(wú)線連接。按圖 2 流程，構(gòu)建基于 3G

9、 網(wǎng)絡(luò)的 VLAN 網(wǎng)絡(luò)，管理計(jì)算機(jī)即可同本地局域網(wǎng)內(nèi)與 PLC 通訊一樣，建立對(duì)遠(yuǎn)B.診斷和維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)管理計(jì)算機(jī)和程 PLC 的通訊，實(shí)現(xiàn)的可編程器的調(diào)試、PLC 之間，若處于同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)， 采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)同網(wǎng)段的通訊。而如果由于處于不同的地點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)，則需通過(guò)特殊的加密通訊協(xié)議，將這兩個(gè)不同地點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)絡(luò)（VLAN）通道。VLAN 系統(tǒng)按隧道協(xié)議層次，有如下幾種協(xié)議：（1） 二層隧道協(xié)議：L2F/L2TP、PPTP（2） 三層隧道協(xié)議：GRE、IPsec硬件準(zhǔn)備否準(zhǔn)備好是否申請(qǐng)是圖 2：搭建診斷系統(tǒng)流程管理計(jì)算機(jī)建立和可編程 器的連接，進(jìn)行診斷管理

10、計(jì)算機(jī)通過(guò)Internet上網(wǎng)動(dòng)態(tài)申請(qǐng)管理計(jì)算機(jī)設(shè)備配置IP及DNS配置攝像頭的IP及DNS3G路由接入設(shè)備配置IP及DNS配置可編程器的IP及DNS可編程器、攝像頭通過(guò)Internet上網(wǎng)配置通訊模塊的IP網(wǎng)段及DNS、動(dòng)態(tài)WiFiPLC S7-300PLC S7-1200攝像頭攝像頭PLC S7-3003G接入模塊SY-3G診斷、上編程和監(jiān)視。4）對(duì)數(shù)據(jù)通訊進(jìn)行加密，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)通訊進(jìn)行加密來(lái)IV.診斷和維護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全保障確保數(shù)據(jù)的密密鑰的 VLAN性，為每個(gè)安全通訊模塊提供一個(gè)包含加。由于是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊，因此數(shù)據(jù)傳送中的安全保障是非常重要的，本文采用了以下幾種方法 進(jìn)行數(shù)據(jù)

11、安全處理4：采用 IPsec 做為傳輸協(xié)議，這是數(shù)據(jù)安全的最重要環(huán)節(jié)。IPsec 通過(guò)軟件的高級(jí)加密形式，對(duì) IP 報(bào)文封裝，以實(shí)現(xiàn) TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的安全傳送，如圖3 所示。1）通過(guò)虛擬通訊；局域網(wǎng)絡(luò)（VLAN）過(guò)濾和檢查數(shù)據(jù)2）在受保護(hù)的自動(dòng)化單元中進(jìn)行分段。通訊模塊具有功能，用于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。一組受保護(hù)的設(shè)備一個(gè)受保護(hù)的自動(dòng)化單元，只有來(lái)自同一組的安全通圖 3 數(shù)據(jù)封裝格式IPsec 屬于 OSI 模型的第三層協(xié)議即網(wǎng)絡(luò)層，相對(duì)第二層的 L2TP、PPTP 等協(xié)議，提供了認(rèn)證和加密，包括對(duì)控制報(bào)文和傳輸中的數(shù)據(jù)加密，是一種完整的安全解決方案 5。IPsec 安全體系結(jié)構(gòu)如圖 4

12、所示：訊模塊或它們正在保護(hù)的設(shè)備互相交換數(shù)據(jù)；3）節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證（標(biāo)識(shí)），使用認(rèn)證過(guò)程在安全（加密）通道上互相標(biāo)識(shí)，因此， 保護(hù)的網(wǎng)段；的實(shí)體無(wú)法受加密算法認(rèn)證算法解釋域密鑰交換與管理IKE圖 4 IPsec 安全體系結(jié)構(gòu)IPsec 是用來(lái)增強(qiáng) VLAN 安全性的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它綜合了技術(shù)和協(xié)議安全機(jī)制，在 IPV4 和 IPV6 環(huán)境中，為網(wǎng)絡(luò)層流量提供驗(yàn)證頭（AH）和封裝安全載荷（ESP）兩種 安全服務(wù)。AH 提供數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)認(rèn)證，ESP 提供數(shù)據(jù)的性和加密。兩主機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸示意圖見(jiàn)圖 5，AH 和 ESP 的數(shù)據(jù)封裝格式見(jiàn)圖 6。原IP頭信息經(jīng)認(rèn)證(加密)的數(shù)據(jù)(源地址A 目的地址B)主機(jī)

13、A主機(jī)B圖 5 兩主機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸示意圖BA數(shù)據(jù)IP分組數(shù)據(jù)BA安全關(guān)聯(lián)SA認(rèn)證頭(A H)封裝安全載荷(ESP)體系新IP頭IPSEC頭加密/認(rèn)證IP數(shù)據(jù)包原IP數(shù)據(jù)包IPV4AH傳輸模式IPV4ESP傳輸模式圖 6 AH 和 ESP 的數(shù)據(jù)封裝格式REFERENCESWang-Ming sheng, The remote monitoring system of distribution transformer based on 3G technology, Xinjiang Power Technology,V.結(jié)語(yǔ)1在對(duì) 3G 網(wǎng)絡(luò)和 VLAN 應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，作者構(gòu)建了 PLC診斷

14、和維護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)公共的 Internetpp11, 1. 2010 (In).網(wǎng)，搭建管理計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng) PLC、攝像頭之間的工業(yè)數(shù)據(jù)2Chui Jjian , Siemens Industrial Network Communications Guide (),China Machine Press, PP87-90, June 2005 (In).安全傳輸，為診斷、上編程提供3Remote Security Communication Module SY-RSCM Manuals, pp14-了新的技術(shù)保證。近一年的運(yùn)行表明，運(yùn)用該系統(tǒng)對(duì) PLC16, March 2010 (In).系統(tǒng)進(jìn)行診斷和維護(hù)是可行的、有效的、安全4SIMATIC PROFINET System Manual, Siemens AG, pp46-48, October 2006的，值得推廣。下一代網(wǎng)絡(luò) 4G（第四代移動(dòng)通信技術(shù)），其速度將提升幾十倍，使診斷與維護(hù)的實(shí)時(shí)響5Qiao-Xiaolin, Rrsearch of the IPsecApplication, ComputerKnowl