c20122基于3的對進行遠程診斷和維護系統(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系統(tǒng)1）可實現(xiàn)管理計算機和可編程雙向通訊；器之間的數(shù)據(jù)2）通過協(xié)議的和轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)可編程程序；器上3）可實現(xiàn)可編程器的診斷和維護；信號和工業(yè)數(shù)據(jù)的4）通過 3G 網(wǎng)絡(luò)完成現(xiàn)場實時安全傳輸；本方案中，上位計算機（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)，通過該模塊可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采Keywo

5、rds-3G NetworkRemote diagnostics Programmable Controller Industrial Ethernetandmaintenance集、診斷、上編程和現(xiàn)場系統(tǒng)，進行傳輸；對于遠在千里之遙的 PLC如身臨現(xiàn)場一樣。調(diào)試、診斷、將I.引言可編程器(PLC)系統(tǒng)的功能越來越強大，越來越復(fù)III.基于 3G 技術(shù)的診斷和維護系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)雜，對故障診斷和維護的水平要求也越來越高。PLC系統(tǒng)的故障診斷和維護通常有現(xiàn)場工程師診斷、自A. 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)本設(shè)計中，網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖 1 所示。系統(tǒng)的主要元器件和功能為：1）遠端監(jiān)測對象：PLC 采用西門子 S7-3

6、00 和支持工業(yè)實時以太網(wǎng)（Profinet）的 S7-1200。通過 PLC 的以太網(wǎng)通訊接口，完成主站 PC 機對整個系統(tǒng)的集中管理，實時數(shù)診斷和技術(shù)支持等方法。受現(xiàn)場工程師技術(shù)水平和遠程技術(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 靠的第三代移動通信（3G）技術(shù)，構(gòu)建集診斷、監(jiān)測、控制、管理于一體的。診斷和維護系統(tǒng)。但未見據(jù)、診斷和上編程等操作2；II.基于 3G 網(wǎng)絡(luò)的診斷和維護系統(tǒng)功能2）攝像頭：分配 IP 后，通過以太網(wǎng)接口連接到通訊模塊，對現(xiàn)場進行監(jiān)視；解決自動化系統(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的問題在通訊能力。本文在實踐的基器為例，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)，其信號強且穩(wěn)定，傳輸速率高達主機之間的虛擬局域網(wǎng)絡(luò)（VLAN）通道3；l44kbps2Mbps1，為實現(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 3G 上網(wǎng)、路由、VLAN 等功能；和維護提供了便捷、可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)平臺。通訊模塊SY-RSCM以太網(wǎng)Internet無線管理

8、計算機交換機通訊模塊SY-RSCM以太網(wǎng)以太網(wǎng)無線以太網(wǎng)管理計算機服務(wù)器圖 1：基于 3G的可編程器診斷和維護系統(tǒng)拓撲圖（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)議支持和實時通訊的要求，5)管理計算機：采用 Windows XP 操作系統(tǒng)、西門子PLC 編程軟件。網(wǎng)絡(luò)還可由多臺管理計算機和服務(wù)器同時對多個采用 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行。同時，在每個通訊模塊下，可以根據(jù)需要，搭建無線以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn) 無法布線區(qū)域的無線連接。按圖 2 流程，構(gòu)建基于 3G

9、 網(wǎng)絡(luò)的 VLAN 網(wǎng)絡(luò)，管理計算機即可同本地局域網(wǎng)內(nèi)與 PLC 通訊一樣，建立對遠B.診斷和維護系統(tǒng)的實現(xiàn)管理計算機和程 PLC 的通訊，實現(xiàn)的可編程器的調(diào)試、PLC 之間，若處于同一個局域網(wǎng)內(nèi)， 采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換設(shè)備即可實現(xiàn)同網(wǎng)段的通訊。而如果由于處于不同的地點和網(wǎng)絡(luò)，則需通過特殊的加密通訊協(xié)議，將這兩個不同地點的設(shè)備進行連接，實現(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)備好是否申請是圖 2：搭建診斷系統(tǒng)流程管理計算機建立和可編程 器的連接，進行診斷管理

10、計算機通過Internet上網(wǎng)動態(tài)申請管理計算機設(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Internet上網(wǎng)配置通訊模塊的IP網(wǎng)段及DNS、動態(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）對數(shù)據(jù)通訊進行加密，通過對數(shù)據(jù)通訊進行加密來IV.診斷和維護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全保障確保數(shù)據(jù)的密密鑰的 VLAN性，為每個安全通訊模塊提供一個包含加。由于是工業(yè)自動化系統(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 通過軟件的高級加密形式，對 IP 報文封裝，以實現(xiàn) TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的安全傳送，如圖3 所示。1）通過虛擬通訊；局域網(wǎng)絡(luò)（VLAN）過濾和檢查數(shù)據(jù)2）在受保護的自動化單元中進行分段。通訊模塊具有功能，用于保護網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。一組受保護的設(shè)備一個受保護的自動化單元，只有來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，相對第二層的 L2TP、PPTP 等協(xié)議，提供了認證和加密，包括對控制報文和傳輸中的數(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的設(shè)備互相交換數(shù)據(jù)；3）節(jié)點的認證（標(biāo)識），使用認證過程在安全（加密）通道上互相標(biāo)識，因此， 保護的網(wǎng)段；的實體無法受加密算法認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 是用來增強 VLAN 安全性的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它綜合了技術(shù)和協(xié)議安全機制，在 IPV4 和 IPV6 環(huán)境中，為網(wǎng)絡(luò)層流量提供驗證頭（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)認證，ESP 提供數(shù)據(jù)的性和加密。兩主機之間數(shù)據(jù)傳輸示意圖見圖 5，AH 和 ESP 的數(shù)據(jù)封裝格式見圖 6。原IP頭信息經(jīng)認證(加密)的數(shù)據(jù)(源地址A 目的地址B)主機

13、A主機B圖 5 兩主機之間數(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認證頭(A H)封裝安全載荷(ESP)體系新IP頭IPSEC頭加密/認證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1在對 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、和維護系統(tǒng)，實現(xiàn)了通過公共的 Internetpp11, 1. 2010 (In).網(wǎng)，搭建管理計算機與現(xiàn)場 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。近一年的運行表明，運用該系統(tǒng)對 PLC16, March 2010 (In).系統(tǒng)進行診斷和維護是可行的、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（第四代移動通信技術(shù)），其速度將提升幾十倍，使診斷與維護的實時響5Qiao-Xiaolin, Rrsearch of the IPsecApplication, ComputerKnowl