c20122基于3的对进行远程诊断和维护系统研究被收录

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备如下功能：的可编程器诊断和维护系统1）可实现管理计算机和可编程双向通讯；器之间的数据2）通过协议的和转换，实现可编程程序；器上3）可实现可编程器的诊断和维护；信号和工业数据的4）通过 3G 网络完成现场实时安全传输；本方案中，上位计算机（PC）与technology to provide security guarantees of industrial transmission in the Internet.dataPLC 通讯的载体是 3G 接入模块(SY-3G)，通过该模块可实现实时数据采Keywo

5、rds-3G NetworkRemote diagnostics Programmable Controller Industrial Ethernetandmaintenance集、诊断、上编程和现场系统，进行传输；对于远在千里之遥的 PLC如身临现场一样。调试、诊断、将I.引言可编程器(PLC)系统的功能越来越强大，越来越复III.基于 3G 技术的诊断和维护系统技术实现杂，对故障诊断和维护的水平要求也越来越高。PLC系统的故障诊断和维护通常有现场工程师诊断、自A. 系统的网络拓扑结构本设计中，网络拓扑如图 1 所示。系统的主要元器件和功能为：1）远端监测对象：PLC 采用西门子 S7-3

6、00 和支持工业实时以太网（Profinet）的 S7-1200。通过 PLC 的以太网通讯接口，完成主站 PC 机对整个系统的集中管理，实时数诊断和技术支持等方法。受现场工程师技术水平和远程技术支持有效性等因素制约，因不、准确地处理系统故障，而给用户造成的损失和生产安全将可能是巨大的。因此，迫切需要依靠便捷、灵活、高速、可 靠的第三代移动通信（3G）技术，构建集诊断、监测、控制、管理于一体的。诊断和维护系统。但未见据、诊断和上编程等操作2；II.基于 3G 网络的诊断和维护系统功能2）摄像头：分配 IP 后，通过以太网接口连接到通讯模块，对现场进行监视；解决自动化系统 于，必须提高系统的 础

7、上，以西门子可编程诊断和维护的问题在通讯能力。本文在实践的基器为例，提出了“基于 3G 网3 ）通讯模块： 安全通讯模块采用 SY-RSCM300。该模块具有交换、路由、安全网关和器诊断和维护系统”的解决方案。3G络的可编程VLAN 等功能，用于建立可编程器、摄像头等设备与是最新的网络通讯技术，其信号强且稳定，传输速率高达主机之间的虚拟局域网络（VLAN）通道3；l44kbps2Mbps1，为实现可编程器系统的诊断4）3G 接入模块：采用 SY-3G 路由器，具有通过 3G 上网、路由、VLAN 等功能；和维护提供了便捷、可靠的通讯网络平台。通讯模块SY-RSCM以太网Internet无线管理

8、计算机交换机通讯模块SY-RSCM以太网以太网无线以太网管理计算机服务器图 1：基于 3G的可编程器诊断和维护系统拓扑图（3） 介于二、三层间的隧道协议：MPLS（4） 基于 Socket V5 的 VLAN本方案基于协议安全、协议支持和实时通讯的要求，5)管理计算机：采用 Windows XP 操作系统、西门子PLC 编程软件。网络还可由多台管理计算机和服务器同时对多个采用 IPsec 协议，构建 IP VLAN。构建的流程图如图 2 所示:诊断系统通讯模块下的可编程器进行。同时，在每个通讯模块下，可以根据需要，搭建无线以太网网络，实现 无法布线区域的无线连接。按图 2 流程，构建基于 3G

9、 网络的 VLAN 网络，管理计算机即可同本地局域网内与 PLC 通讯一样，建立对远B.诊断和维护系统的实现管理计算机和程 PLC 的通讯，实现的可编程器的调试、PLC 之间，若处于同一个局域网内， 采用标准的数据交换设备即可实现同网段的通讯。而如果由于处于不同的地点和网络，则需通过特殊的加密通讯协议，将这两个不同地点的设备进行连接，实现虚拟局域网络（VLAN）通道。VLAN 系统按隧道协议层次，有如下几种协议：（1） 二层隧道协议：L2F/L2TP、PPTP（2） 三层隧道协议：GRE、IPsec硬件准备否准备好是否申请是图 2：搭建诊断系统流程管理计算机建立和可编程 器的连接，进行诊断管理

10、计算机通过Internet上网动态申请管理计算机设备配置IP及DNS配置摄像头的IP及DNS3G路由接入设备配置IP及DNS配置可编程器的IP及DNS可编程器、摄像头通过Internet上网配置通讯模块的IP网段及DNS、动态WiFiPLC S7-300PLC S7-1200摄像头摄像头PLC S7-3003G接入模块SY-3G诊断、上编程和监视。4）对数据通讯进行加密，通过对数据通讯进行加密来IV.诊断和维护系统的数据安全保障确保数据的密密钥的 VLAN性，为每个安全通讯模块提供一个包含加。由于是工业自动化系统的数据通讯，因此数据传送中的安全保障是非常重要的，本文采用了以下几种方法 进行数据

11、安全处理4：采用 IPsec 做为传输协议，这是数据安全的最重要环节。IPsec 通过软件的高级加密形式，对 IP 报文封装，以实现 TCP/IP 网络上数据的安全传送，如图3 所示。1）通过虚拟通讯；局域网络（VLAN）过滤和检查数据2）在受保护的自动化单元中进行分段。通讯模块具有功能，用于保护网络节点。一组受保护的设备一个受保护的自动化单元，只有来自同一组的安全通图 3 数据封装格式IPsec 属于 OSI 模型的第三层协议即网络层，相对第二层的 L2TP、PPTP 等协议，提供了认证和加密，包括对控制报文和传输中的数据加密，是一种完整的安全解决方案 5。IPsec 安全体系结构如图 4

12、所示：讯模块或它们正在保护的设备互相交换数据；3）节点的认证（标识），使用认证过程在安全（加密）通道上互相标识，因此， 保护的网段；的实体无法受加密算法认证算法解释域密钥交换与管理IKE图 4 IPsec 安全体系结构IPsec 是用来增强 VLAN 安全性的标准协议，它综合了技术和协议安全机制，在 IPV4 和 IPV6 环境中，为网络层流量提供验证头（AH）和封装安全载荷（ESP）两种 安全服务。AH 提供数据完整性和数据认证，ESP 提供数据的性和加密。两主机之间数据传输示意图见图 5，AH 和 ESP 的数据封装格式见图 6。原IP头信息经认证(加密)的数据(源地址A 目的地址B)主机

13、A主机B图 5 两主机之间数据传输示意图BA数据IP分组数据BA安全关联SA认证头(A H)封装安全载荷(ESP)体系新IP头IPSEC头加密/认证IP数据包原IP数据包IPV4AH传输模式IPV4ESP传输模式图 6 AH 和 ESP 的数据封装格式REFERENCESWang-Ming sheng, The remote monitoring system of distribution transformer based on 3G technology, Xinjiang Power Technology,V.结语1在对 3G 网络和 VLAN 应用研究的基础上，作者构建了 PLC诊断

14、和维护系统，实现了通过公共的 Internetpp11, 1. 2010 (In).网，搭建管理计算机与现场 PLC、摄像头之间的工业数据2Chui Jjian , Siemens Industrial Network Communications Guide (),China Machine Press, PP87-90, June 2005 (In).安全传输，为诊断、上编程提供3Remote Security Communication Module SY-RSCM Manuals, pp14-了新的技术保证。近一年的运行表明，运用该系统对 PLC16, March 2010 (In).系统进行诊断和维护是可行的、有效的、安全4SIMATIC PROFINET System Manual, Siemens AG, pp46-48, October 2006的，值得推广。下一代网络 4G（第四代移动通信技术），其速度将提升几十倍，使诊断与维护的实时响5Qiao-Xiaolin, Rrsearch of the IPsecApplication, ComputerKnowl