當(dāng)今對(duì)于大多數(shù)設(shè)備制造商以及系統(tǒng)集成商而言，面對(duì)日益競爭的市場，贏得市場及售后服務(wù)響應(yīng)的及時(shí)性與高效性已變得至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的售后服務(wù)模式即一旦設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障，專業(yè)工程師需到客戶現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，勢必花費(fèi)大量的人力成本與時(shí)間成本，從而間接造成設(shè)備或系統(tǒng)成本的增加。因此，為節(jié)約成本，同時(shí)為客戶提供更為快捷的服務(wù)，減少客戶的損失，本地化的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)目前已成為用戶迫切需要解決的問題。
事實(shí)上，隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，從早期借助公用電話交換網(wǎng)絡(luò)(以下簡稱PSTN網(wǎng)絡(luò))到如今基于互聯(lián)網(wǎng)，目前遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)的解決方案已逐漸完善與成熟。本文將針對(duì)具體的應(yīng)用情況，提出幾種基于硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)的解決方案。
方案一、通過使用Modem，借助PSTN 網(wǎng)絡(luò)建立遠(yuǎn)程連接
電話網(wǎng)PSTN是目前全球普及程度最高、成本最低的公用通訊網(wǎng)絡(luò)。PSTN是以電路交換(circuit-switched)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，建立一條端到端的鏈接電路，一旦鏈路建立成功，此后所有的數(shù)據(jù)都會(huì)沿著相同的路徑和順序進(jìn)行傳輸。因此利用PSTN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問是一種切實(shí)可行的解決辦法，這也是目前PLC遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)廣泛采用的解決方案之一。其具體實(shí)現(xiàn)方式如配置圖1所示：工程師站PC端和遠(yuǎn)程的PLC站之間是通過Modem直接撥號(hào)進(jìn)行連接。硬件配置上僅需兩端各連接一臺(tái)Modem。當(dāng)需要對(duì)PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問時(shí)，通過使用 AT命令或Modem廠家提供的撥號(hào)軟件直接撥打?qū)Χ薓odem的電話號(hào)碼即可建立連接。網(wǎng)絡(luò)支持上，工程師站與PLC遠(yuǎn)程站均需要電話網(wǎng)的接入。軟件方面，僅需繼續(xù)使用原有PLC組態(tài)軟件即可。
該方案實(shí)施時(shí)，Modem的選型時(shí)需要充分考慮其兼容性、通用性、可靠性及訪問安全性，從而保證數(shù)據(jù)可靠穩(wěn)定的傳輸。對(duì)于PSTN網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，通常可以采用普通撥號(hào)電話線入網(wǎng)和租用電話專線入網(wǎng)兩種方式。其中普通撥號(hào)電話線連接方式的費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)，收費(fèi)價(jià)格與普通電話的收費(fèi)相同;通過租用電話專線入網(wǎng)則可以提供更高的通信速率和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，但相應(yīng)的費(fèi)用也較前一種方式高。使用專線的接入方式與使用普通撥號(hào)線的接入方式?jīng)]有太大的區(qū)別，但是省去了撥號(hào)連接的過程。通常，當(dāng)決定使用專線方式時(shí)，用戶必須向所在地的電信局提出申請(qǐng)，由電信局負(fù)責(zé)架設(shè)和開通。當(dāng)上述硬件設(shè)備和PSTN準(zhǔn)備好后，PLC的遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)便可輕松實(shí)現(xiàn)了。
顯然該方案配置十分簡單，硬件設(shè)備價(jià)格便宜。但該方案也存在一定的應(yīng)用限制：PSTN網(wǎng)絡(luò)連接速度受限，傳輸速率僅33，600bit/s，且容易出現(xiàn)連接中斷的現(xiàn)象。因此該方案特別適用于一些小型PLC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)或簡單的遠(yuǎn)程維護(hù)任務(wù)如：內(nèi)存故障讀取或程序錯(cuò)誤更正等，但值得一提的是，這足以滿足大多數(shù)工程應(yīng)用的需求。對(duì)于較大PLC系統(tǒng)及大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場合，則需要尋求更為適合的方案。
方案二、通過使用VPN路由器，基于互聯(lián)網(wǎng)建立遠(yuǎn)程連接
由于PSTN網(wǎng)絡(luò)存在如上限制，隨著以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展，許多用戶開始考慮結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC等工控設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問。當(dāng)然，這也得益于全球互聯(lián)網(wǎng)建立和運(yùn)營成本的降低。無疑基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問，能夠大大提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，滿足工程師在線監(jiān)控、高速上傳及下載程序等需求，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和系統(tǒng)監(jiān)控。目前，這種解決方案已在采用以太網(wǎng)通訊協(xié)議的PLC設(shè)備及系統(tǒng)中得到應(yīng)用。具體實(shí)現(xiàn)方式如配置圖2所示。工程師站PC端及遠(yuǎn)程PLC站各配置一臺(tái)路由器，路由器分別接入互聯(lián)網(wǎng)，即建立兩臺(tái)路由器間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)PC與PLC的遠(yuǎn)程連接。
該方案實(shí)施中，最為關(guān)鍵的是需要解決固定(靜態(tài))IP地址的問題。在互聯(lián)網(wǎng)上想要訪問到某一個(gè)設(shè)備就需要知道該設(shè)備的IP地址。IP地址分為兩種，即固定IP地址和動(dòng)態(tài)IP地址。這里所指PLC設(shè)備所需的IP地址為固定IP地址。固定IP地址需要向當(dāng)?shù)氐腎SP申請(qǐng)得到。但由于資源有限，申請(qǐng)和使用費(fèi)用較高，如：南京地區(qū)某客戶應(yīng)用中IP地址使用費(fèi)用為1000元/月(非官方報(bào)價(jià)，僅供參考)。因此，若使用固定IP地址進(jìn)行大量PLC設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問顯然是不經(jīng)濟(jì)的(當(dāng)然，這種方式也有其應(yīng)用的環(huán)境，比如大型系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控)。本文提出兩種IP地址獲取的方式：一種是采用ADSL寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)的方式;另一種是采用DDNS動(dòng)態(tài)域名解析的方式來。
1) ADSL寬帶接入：通過使用ADSL Modem上網(wǎng)，一旦ADSL Modem聯(lián)網(wǎng)后即可獲得一個(gè)IP地址，若網(wǎng)絡(luò)不中斷，該IP地址一直保持不變，因此可以視為固定IP地址。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，將路由器的WAN網(wǎng)口與ADSL Modem連接，通過路由器讀取到的IP地址，即為固定IP地址。
2) 動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)，簡稱DDNS(Dynamic Domain Name Server)，是將用戶的動(dòng)態(tài)IP地址映射到一個(gè)固定的域名解析服務(wù)上，用戶每次連接網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，客戶端程序就會(huì)通過信息傳遞把該主機(jī)的動(dòng)態(tài)IP地址傳送給位于服務(wù)商主機(jī)上的服務(wù)器程序，服務(wù)程序負(fù)責(zé)提供DNS服務(wù)并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)域名解析。就是說DDNS捕獲用戶每次變化的IP地址，然后將其與域名相對(duì)應(yīng)，這樣域名就可以始終解析到非固定IP的服務(wù)器上。一些DDNS服務(wù)商可以提供免費(fèi)的動(dòng)態(tài)域名使用，用戶可以在線申請(qǐng)免費(fèi)的域名。
解決固定IP地址的獲取問題后，通過路由器內(nèi)置的NAT功能，將PLC設(shè)備的內(nèi)網(wǎng)地址映射至路由器的外部端口，PC就可以輕松地遠(yuǎn)程訪問到PLC，對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)了。
另外，由于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)存在一定的不安全性。在該方案實(shí)施中需要適當(dāng)考慮保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘拇胧?，特別是一些關(guān)鍵及重要數(shù)據(jù)的傳輸。目前通過VPN(虛擬專用網(wǎng)絡(luò))以及IPsec(Internet協(xié)議安全)協(xié)議保證數(shù)據(jù)地安全性是行之有效的解決辦法。VPN技術(shù)為PC與PLC之間建立一個(gè)臨時(shí)的、安全的連接，也理解為一條穿過混亂的公用網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定的隧道。而IPSec則為這種“隧道技術(shù)”提供了兩種安全機(jī)制：認(rèn)證和加密。認(rèn)證機(jī)制使IP通信的數(shù)據(jù)接收方能夠確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實(shí)身份以及數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否遭篡改。加密機(jī)制通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼來保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性，以防數(shù)據(jù)在傳輸過程中被竊聽，從而保證在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密與認(rèn)證。目前工業(yè)路由器(如菲尼克斯電氣FL MGuard)均已內(nèi)置VPN及IPsec功能，配置簡單易于操作。本文對(duì)路由器的配置不再贅述。
顯然，前面所述兩種方案，工程師站PC端以及遠(yuǎn)程PLC站都需要鋪設(shè)電話線或網(wǎng)線，才能接入電話網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。然而對(duì)于在某些應(yīng)用場合可能沒有電話線或一些移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)設(shè)備鋪設(shè)線纜很不方便，同時(shí)鋪線后往復(fù)運(yùn)動(dòng)很容易導(dǎo)致線纜的折斷。因此適合采用無線的方式。接下來本文將介紹一種基于互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線遠(yuǎn)程訪問方案。
方案三、通過 GPRS Modem，基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)建立遠(yuǎn)程連接
該方案的具體配置拓?fù)淙鐖D3所示。與方案二比較，PC端仍然與一臺(tái)路由器連接，而PLC則通過串口電纜或網(wǎng)線與GPRS Modem連接。網(wǎng)絡(luò)支持上，PLC遠(yuǎn)程站側(cè)，用戶需要向運(yùn)營商中國移動(dòng)申請(qǐng)開通GPRS/EDGE業(yè)務(wù)的SIM卡(資費(fèi)有包月或按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)兩種方式)，插入GPRS Modem內(nèi)用于上網(wǎng)使用。其實(shí)現(xiàn)原理與方案二相同，通過路由器與GPRS Modem間建立VPN，建立不同局域網(wǎng)內(nèi)的PC與PLC設(shè)備的連接。方案實(shí)施時(shí)，同樣需要考慮固定IP地址問題。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，GPRS Modem 通常作為訪問的發(fā)起者連接路由器。因此，GPRS Modem需要獲取到路由器的公網(wǎng)IP，才能訪問到路由器。這里的公網(wǎng)IP即為工程師站的固定IP。若按方案二中闡述的IP地址獲取方式，顯然GPRS Modem需要具有支持DDNS功能。
目前，除南韓及日本，GPRS網(wǎng)絡(luò)已廣泛覆蓋至全球范圍。GPRS以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，采用TCP/IP通訊協(xié)議，從而將移動(dòng)通信與Internet網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。隨著運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的加速，GPRS網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展的2.75G EDGE網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率最高可達(dá)210kbit/s。同時(shí)，GPRS永久在線。因此GPRS網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)通訊上具有通用性、實(shí)時(shí)性、高速傳輸及運(yùn)營成本低等優(yōu)勢，是目前無線通訊領(lǐng)域采用較多的網(wǎng)絡(luò)。特別是隨著3G技術(shù)的發(fā)展，基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸性能將大大提升?；贕PRS網(wǎng)絡(luò)的PLC遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)方案，較有線的通訊方式，組網(wǎng)更為方便與靈活;同時(shí)永久在線與高通訊速率，滿足了工程師PLC快速診斷與維護(hù)的需求。
當(dāng)前業(yè)內(nèi)越來越多領(lǐng)先的設(shè)備制造商開始提供或出售設(shè)備的在線服務(wù)，提升品牌競爭力的同時(shí)，大大降低售后服務(wù)成本。本文提出的三種PLC遠(yuǎn)程維護(hù)方案，適用于不同應(yīng)用的需求。但隨著以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，我們可以預(yù)見，未來基于以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程訪問方式必將成為發(fā)展趨勢。
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