一、 引言
目前，越來越多的工程項(xiàng)目要求監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息納入其中，通過SCADA系統(tǒng)可以將不同的信號(hào)通過不同的傳輸通道傳遞到中控室，但現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的復(fù)雜性，如各種通訊協(xié)議不利于系統(tǒng)的信息共享，速度慢。因而需要一種設(shè)備能將現(xiàn)場(chǎng)通訊設(shè)備中的信息協(xié)議轉(zhuǎn)換，進(jìn)行工業(yè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，并可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的OPC協(xié)議對(duì)接，進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制器診斷。但是單一的通訊通道由于受通道的穩(wěn)定性影響較大，對(duì)于一些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)需要具有連續(xù)的實(shí)時(shí)性，不能中斷的場(chǎng)合，采用通信冗余則提高了監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。 在此介紹一種采用賽遠(yuǎn)工業(yè)遠(yuǎn)程通訊冗余系統(tǒng)作為通訊管理機(jī)實(shí)現(xiàn)通信冗余的方案。
現(xiàn)場(chǎng)信息采集和控制系統(tǒng)，大部分采用可編程控制器(PLC)，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單、使用方便；功能完善、通用性強(qiáng)；設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；體積小、重量輕、能耗低等特點(diǎn)，這是區(qū)別于計(jì)算機(jī)的重要特征。PLC解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。
PLC的功能齊全，通常來說，來自于歐美的PLC通訊功能比較強(qiáng)大，可適用各種層次工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的不同需要，實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)、PLC與PLC、PLC與其他智能控制裝置之間的通訊聯(lián)網(wǎng)。PLC與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可發(fā)揮各自所長(zhǎng)，PLC用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接控制，計(jì)算機(jī)用于對(duì)PLC的編程、監(jiān)控與管理；PLC與PLC聯(lián)網(wǎng)能夠擴(kuò)大控制地域，PLC與智能控制裝置（如智能儀表）聯(lián)網(wǎng)，可有效地對(duì)智能裝置實(shí)施管理。
但各個(gè)品牌的PLC的協(xié)議是不同的，如：Modbus、Profibus DP、Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT、CANopen、DeviceNet等，如何通過同一套系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)， 支持使用局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，方便地進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換， 支持靈活多變的設(shè)計(jì)方案，包括通訊的通道單冗余和雙冗余方案，是當(dāng)前在做工業(yè)通訊項(xiàng)目中遇到的普遍難題。
賽遠(yuǎn)的雙通道遠(yuǎn)程通訊冗余系統(tǒng)，面向廣大要求通訊的高穩(wěn)定性和高可靠性，提供了基于XDSL（電氣網(wǎng)絡(luò)、光纖）和3G、衛(wèi)星等最新傳輸方案，該方案將用戶所擔(dān)心的單通道遠(yuǎn)程的系統(tǒng)，延伸為雙通道，提供穩(wěn)定的雙通道數(shù)據(jù)傳輸。
由于不同的通道時(shí)間延時(shí)存在，通過該冗余系統(tǒng)，在每個(gè)數(shù)據(jù)上加上時(shí)間標(biāo)簽，為了確保數(shù)據(jù)的同步，還可以增加原子鐘確保時(shí)間的準(zhǔn)確性，將數(shù)據(jù)按照時(shí)間標(biāo)簽存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫上。通過賽遠(yuǎn)的S-Link協(xié)議進(jìn)行加密，數(shù)據(jù)在公共網(wǎng)絡(luò)上傳輸安全。所以，賽遠(yuǎn)的工業(yè)遠(yuǎn)程通訊冗余系統(tǒng)，具有可靠和穩(wěn)定、安全的特點(diǎn)。
二、 冗余系統(tǒng)的拓?fù)浞治?/font>
(一) 單通道通訊系統(tǒng)
單通道通訊系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：
實(shí)現(xiàn)思路：
ü 本系統(tǒng)中，中控室采用有線寬帶上網(wǎng)方式；
ü PLC站點(diǎn)采用無線3G傳輸?shù)姆绞剑?G無線通訊具有帶寬大，傳輸速率快，故采用數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男问剑⑶铱梢詫?shí)現(xiàn)中控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC的在線程序診斷；
ü 可將分布在不同站點(diǎn)的PLC和中控室IPC通過賽遠(yuǎn)遠(yuǎn)程安全通訊模塊SY-RSCM302接入Internet；
ü 通過遠(yuǎn)程安全通訊模塊在公共網(wǎng)絡(luò)上組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密S-Link傳輸，實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程安全傳輸；
ü 中控室可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的PLC站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行采集和控制；
ü 國(guó)內(nèi)3G服務(wù)商分別為移動(dòng)TD-SCDMA，聯(lián)通WCDMA，電信CDMA2000，從技術(shù)成熟程度上，通訊質(zhì)量上聯(lián)通的WCDMA和電信CDMA2000都優(yōu)于移動(dòng)的TD-SCDMA，故為保證通訊穩(wěn)定性，3G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商建議選用電信或聯(lián)通；
ü 現(xiàn)場(chǎng)的視頻可以隨這條通訊通道傳輸?shù)街锌厥遥唧w的視頻清晰度和視頻的分辨率和傳輸通道的帶寬相關(guān)；
ü 實(shí)現(xiàn)的單通道通訊，會(huì)受到通道的傳輸?shù)牟淮_定性影響，如3G信號(hào)基站切換和檢修，寬帶的臨時(shí)故障等。
(二) 雙通道通訊系統(tǒng)
雙通道通訊系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：
實(shí)現(xiàn)思路：
ü 本系統(tǒng)中，中控室采用有線寬帶上網(wǎng)方式；
ü 本拓?fù)鋱D中，PLC站點(diǎn)采用無線3G傳輸和寬帶上網(wǎng)兩種方式；但不限于這兩種形式，也可以是兩種3G模式上網(wǎng)，也可以是兩條寬帶上網(wǎng)，甚至是衛(wèi)星上網(wǎng)，光纖組成網(wǎng)絡(luò)等形式；
ü 可將分布在不同站點(diǎn)的PLC和中控室IPC通過賽遠(yuǎn)遠(yuǎn)程安全通訊模塊SY-RSCM302接入Internet；
ü 通過遠(yuǎn)程安全通訊模塊在公共網(wǎng)絡(luò)上組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密S-Link傳輸，實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程安全傳輸；
ü 中控室可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的PLC站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行采集和控制；
ü 現(xiàn)場(chǎng)的視頻可以隨這條通訊通道傳輸?shù)街锌厥遥唧w的視頻清晰度和視頻的分辨率和傳輸通道的帶寬相關(guān)；
ü 為了保證傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，可以進(jìn)行帶寬分配，避免由于視頻等信號(hào)占用較大帶寬后，工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸受到影響；
ü 由于雙通道的傳輸，數(shù)據(jù)具有先后到達(dá)之分，為了區(qū)別不同的時(shí)間數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行加上時(shí)間標(biāo)簽的方式進(jìn)行，保證工業(yè)數(shù)據(jù)的命令一致性，并可以通過整體校驗(yàn)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免數(shù)據(jù)的缺失帶來錯(cuò)誤的命令；
ü 該雙通道的冗余方式，屬于雙通道的通訊實(shí)時(shí)在線熱備方式，其中一個(gè)通訊通道出現(xiàn)故障后，另外一條通訊通道在線，保證了無縫切換；
ü 單通道發(fā)生故障時(shí)，中控室從該通道采集不到數(shù)據(jù)，將在約定的時(shí)間周期后，進(jìn)行報(bào)警，等待檢修和修復(fù)；
ü 實(shí)現(xiàn)雙通道通訊，可以降低受到單通道的傳輸?shù)牟淮_定性影響，如3G信號(hào)基站切換和檢修，寬帶的臨時(shí)故障等。如發(fā)生單通道的故障概率為1%，則通過該雙通道系統(tǒng)的實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)0.01%的故障概率。
雙通道通訊系統(tǒng)系統(tǒng)建立的兩組獨(dú)立的通訊隧道，如下圖：
ü 實(shí)現(xiàn)雙通道通訊，建立了通道冗余的方式，將外界通道的影響降低到最小，在石化、水處理、軌道交通等場(chǎng)合，要求實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性較高，建議選用；
(三) 雙通道雙冗余通訊系統(tǒng)
雙通道雙冗余通訊系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：
實(shí)現(xiàn)思路：
ü 本系統(tǒng)中，中控室采用兩條有線寬帶上網(wǎng)方式，可以是撥號(hào)上網(wǎng)和光纖網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)相結(jié)合；
ü 本系統(tǒng)每個(gè)站點(diǎn)，采用了兩個(gè)遠(yuǎn)程安全通訊模塊，每個(gè)遠(yuǎn)程安全通訊模塊通過兩種方式上網(wǎng)，目的在于除了通道的雙冗余方式之外，將遠(yuǎn)程通訊模塊的故障可能性也考慮進(jìn)去，大大提高該系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性；
ü 本拓?fù)鋱D中，PLC站點(diǎn)采用無線3G傳輸和不同種類寬帶上網(wǎng)兩種方式；但不限于這兩種形式，也可以是兩種3G模式上網(wǎng)，也可以是兩條寬帶上網(wǎng)，甚至是衛(wèi)星上網(wǎng)，光纖組成網(wǎng)絡(luò)等形式；
ü 可將分布在不同站點(diǎn)的PLC和中控室IPC通過賽遠(yuǎn)遠(yuǎn)程安全通訊模塊SY-RSCM302接入Internet；
ü 通過遠(yuǎn)程安全通訊模塊在公共網(wǎng)絡(luò)上組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密S-Link傳輸，實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程安全傳輸；
ü 中控室可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的PLC站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行采集和控制；
ü 現(xiàn)場(chǎng)的視頻可以隨這條通訊通道傳輸?shù)街锌厥遥唧w的視頻清晰度和視頻的分辨率和傳輸通道的帶寬相關(guān)；
ü 為了保證傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，可以進(jìn)行帶寬分配，避免由于視頻等信號(hào)占用較大帶寬后，工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸受到影響；
ü 由于雙通道的傳輸，數(shù)據(jù)具有先后到達(dá)之分，為了區(qū)別不同的時(shí)間數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行加上時(shí)間標(biāo)簽的方式進(jìn)行，保證工業(yè)數(shù)據(jù)的命令一致性，并可以通過整體校驗(yàn)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免數(shù)據(jù)的缺失帶來錯(cuò)誤的命令；
ü 采用雙通道通訊，可以降低受到單通道的傳輸?shù)牟淮_定性影響，如3G信號(hào)基站切換和檢修，寬帶的臨時(shí)故障等。如發(fā)生單通道的故障概率為1%，則通過該雙通道系統(tǒng)的實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)0.01%的故障概率；
ü 采用雙冗余系統(tǒng)，將遠(yuǎn)程通訊模塊的故障帶來的影響大大降低，一旦某個(gè)遠(yuǎn)程通訊模塊出現(xiàn)故障，在中控室可以進(jìn)行故障報(bào)警，及時(shí)檢修，但不影響正常的數(shù)據(jù)通訊，保證工業(yè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。
三、 賽遠(yuǎn)的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全性
對(duì)于系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng) 傳輸設(shè)備，一般系統(tǒng)安全和穩(wěn)定性，都要求很高，選用的深圳市賽遠(yuǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司的遠(yuǎn)程解決方案，能從以下方面保證數(shù)據(jù)的傳輸安全：
1. 遠(yuǎn)程安全通訊模塊的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了工業(yè)數(shù)據(jù)從局域網(wǎng)向廣域網(wǎng)的擴(kuò)充，并且其自帶硬件防火墻功能。它可對(duì)每一層的數(shù)據(jù)包進(jìn)行檢查和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容過濾，入侵偵測(cè)，入侵保護(hù)等功能。并可對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行S-link協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
2. 遠(yuǎn)程安全通訊模塊還帶有身份認(rèn)證技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備認(rèn)證和使用者認(rèn)證，使得工業(yè)數(shù)據(jù)只能在經(jīng)過了認(rèn)證的模塊直接傳輸，以及有認(rèn)證許可的操作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取等。
3. 工業(yè)數(shù)據(jù)在Internet中傳輸過程中，采用S-Link協(xié)議。這種協(xié)議是專針對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)廣域網(wǎng)傳輸所開發(fā)的。它是基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的不通用性，以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的特殊要求，以協(xié)議轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確和安全性為首要目標(biāo)的一種非公開密鑰方式的專用協(xié)議，采用了RSA算法，密鑰最高為1536位加密非對(duì)稱密鑰，公鑰和私鑰結(jié)合使用的方式進(jìn)行加密。S-link協(xié)議的應(yīng)用確保了工業(yè)數(shù)據(jù)廣域網(wǎng)傳輸?shù)臋C(jī)密性，真實(shí)性和完整性。
4. 整個(gè)系統(tǒng)采用了虛擬局域網(wǎng)VLAN技術(shù)，各個(gè)設(shè)備在邏輯上劃分到了一個(gè)局域網(wǎng)中，滿足了工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求。同時(shí)，限制了工業(yè)數(shù)據(jù)只能在同一VLAN中傳輸，防止了數(shù)據(jù)在Internet上的廣播，提高了工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/div>
(四) 站點(diǎn)雙通道雙冗余的通訊系統(tǒng)清單配置如下：
中控室：
|
序號(hào)
|
名稱
|
型號(hào)
|
數(shù)量
|
|
1
|
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）
|
|
1
|
|
2
|
Win CC 組態(tài)軟件
|
|
1
|
|
3
|
遠(yuǎn)程安全通訊模塊
|
SY-RSCM302
|
2
|
|
4
|
寬帶
|
|
2
|
現(xiàn)場(chǎng)站：
|
序號(hào)
|
名稱
|
型號(hào)
|
數(shù)量
|
|
1
|
遠(yuǎn)程安全通訊模塊
|
SY-RSCM302
|
2
|
|
2
|
工業(yè)SY-3G通訊模塊
|
SY-3G
|
2
|
|
3
|
寬帶
|
|
2
|
|
4
|
PLC
|
取決于現(xiàn)場(chǎng)的情況
|
1
|
四、 冗余方案總結(jié)
控制系統(tǒng)中的冗余的方式有很多，有I/O冗余、PLC的CPU冗余，網(wǎng)絡(luò)冗余等。 根據(jù)不同的側(cè)重點(diǎn)選擇不同的方案，目的都在于提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)考慮實(shí)用性、靈活性、通用性、經(jīng)濟(jì)性都是方案確定需要權(quán)衡的因數(shù)。追求各個(gè)環(huán)節(jié)的完美有時(shí)會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜化，根據(jù)各自系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇合適的方案實(shí)為上策
