王祎

摘?要： 本文以需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同獨(dú)立的跨網(wǎng)段SCADA系統(tǒng)之間，利用網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過(guò)ModbusTPC協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)滿(mǎn)足跨網(wǎng)段物理隔離功能的要求，充分體現(xiàn)了協(xié)議轉(zhuǎn)換器選型的在SCADA項(xiàng)目實(shí)施中的重要性。作者在擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理期間，積極分析問(wèn)題，尋找解決方案。通過(guò)新技術(shù)在項(xiàng)目集成中的有效應(yīng)用，減少了項(xiàng)目實(shí)施周期，節(jié)約了項(xiàng)目資源和成本。

關(guān)鍵詞： 跨網(wǎng)段隔離;協(xié)議網(wǎng)關(guān);ModbusRTU/TCP

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP393.08?????【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?????【文章編號(hào)】1674-3733（2020）01-0177-02

1?概述

2019年4月，我公司承攬了某天然氣管道公司A的SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目。

需求描述：A公司需要采集到B公司的SCADA系統(tǒng)部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)要求數(shù)據(jù)在A公司場(chǎng)站和調(diào)控中心同時(shí)顯示。為了保障A/B兩家公司的SCADA系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全，要求在數(shù)據(jù)采集鏈路中，保證兩個(gè)公司的內(nèi)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物理隔離，不可以互相訪問(wèn)。

現(xiàn)狀描述：A公司場(chǎng)站和B公司某場(chǎng)站的SCADA系統(tǒng)相互獨(dú)立且不同，PLC系統(tǒng)和組態(tài)系統(tǒng)均不相同，且A公司和B公司的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立，SCADA系統(tǒng)均支持ModbusTCP協(xié)議。A公司場(chǎng)站與A公司調(diào)控中心SCADA平臺(tái)在獨(dú)立的生產(chǎn)辦公內(nèi)網(wǎng)，可以互通且運(yùn)行正常。A公司場(chǎng)站與B公司場(chǎng)站相距離10公里左右。經(jīng)過(guò)測(cè)試，B公司要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的Modbus地址不連續(xù)。

2?技術(shù)方案

B公司場(chǎng)站和A公司場(chǎng)站距離在10公里左右，由于兩地均處在山丘地帶，經(jīng)測(cè)試手機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)均無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸要求，無(wú)法保穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)狀，B公司場(chǎng)站到A公司某場(chǎng)站宜鋪設(shè)光纜，利用光纜作為傳輸介質(zhì)。

如果采用路由器設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)試，增加了路由跨網(wǎng)段功能，為兩家公司內(nèi)部網(wǎng)路互通提供了可能性。為了規(guī)避網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路由器互訪的風(fēng)險(xiǎn)，采用具備可以獨(dú)立隔離配置IP地址，且具備協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)功能的協(xié)議網(wǎng)關(guān)。

由于B公司所提供的數(shù)據(jù)源的Modbus地址不連續(xù)，為了保證A公司的系統(tǒng)程序修改操作性強(qiáng)，需利用協(xié)議轉(zhuǎn)換器對(duì)需要采集的數(shù)據(jù)地址進(jìn)行重新定義，便于A公司場(chǎng)站的PLC程序讀取數(shù)據(jù)。

根據(jù)以上分析，技術(shù)解決方案的拓?fù)鋱D如下圖：

其中紅色虛線部分為新增加的設(shè)備，其余的為原有系統(tǒng)。

3?實(shí)施步驟

①在B公司中心機(jī)房?jī)?nèi)添加網(wǎng)關(guān)協(xié)議隔離轉(zhuǎn)換器，將B公司PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段的隔離轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

②此網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換具備兩個(gè)網(wǎng)口，可以不同網(wǎng)段的訪問(wèn)，同時(shí)具備ModbusTCP輸入和ModbusTCP輸出的功能。兩個(gè)網(wǎng)口的IP地址分別由B公司調(diào)控中心和A公司提供。A公司和B公司域網(wǎng)只能訪問(wèn)到自己IP地址。

③在B公司調(diào)控中心和A公司的該天然氣場(chǎng)站，鋪設(shè)光纜，同時(shí)熔接光纜熔接盒;分別添加光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)兩地的光纖通信。

④A公司場(chǎng)站PLC程序調(diào)試：A公司場(chǎng)站PLC通過(guò)交換機(jī)以太網(wǎng)訪問(wèn)新增光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器網(wǎng)口，讀取到B公司站控系PLC數(shù)據(jù)，并添加再A公司的站控組態(tài)畫(huà)面系統(tǒng)。

⑤A公司調(diào)度中心數(shù)據(jù)接入：A公司調(diào)度指揮中心通過(guò)其內(nèi)部以太網(wǎng)訪問(wèn)A公司場(chǎng)站PLC，最終讀取到B公司PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

4?調(diào)試記錄

1）數(shù)據(jù)模擬測(cè)試：

測(cè)試目的：通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)ModbusTCP/IP跨網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

軟件：Modsim從站和Modscan主站軟件;

硬件：2臺(tái)筆記本A、B，帶網(wǎng)口;

協(xié)議：ModTCP/IP

測(cè)試過(guò)程：環(huán)境搭建——仿真數(shù)據(jù)——光電轉(zhuǎn)換——PLC程序編寫(xiě)

2）測(cè)試環(huán)境搭建

①網(wǎng)線連接筆記本B和協(xié)議轉(zhuǎn)換器NET1口，網(wǎng)線連接筆記本A和協(xié)議轉(zhuǎn)換器NET2口，給協(xié)議轉(zhuǎn)換器供電，運(yùn)行正常;

②筆記本B作為從站，IP地址配置成為：192.168.100.45;運(yùn)行Modsim軟件;

③筆記本A作為主站，IP地址配置成為：172.16.75.42;運(yùn)行Modscan軟件;

3）數(shù)據(jù)仿真測(cè)試

①通過(guò)Modsim軟件在筆記本B上運(yùn)行后，在筆記本A上運(yùn)行Modscan軟件進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試成功，通過(guò)網(wǎng)關(guān)配置，實(shí)現(xiàn)了ModbusTCP/IP協(xié)議的跨網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)。注意模擬從站數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式，與現(xiàn)場(chǎng)儀表從站的數(shù)據(jù)格式保持一致，數(shù)據(jù)高低字節(jié)的轉(zhuǎn)換。

②經(jīng)過(guò)查看對(duì)比寄存器數(shù)據(jù)范圍，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的數(shù)據(jù)地址的寄存器范圍在協(xié)議轉(zhuǎn)換器的配置的范圍之內(nèi)，滿(mǎn)足要求。

4）光電轉(zhuǎn)換測(cè)試

①網(wǎng)線連接協(xié)議筆記本B網(wǎng)口與光電轉(zhuǎn)換器1網(wǎng)口;

②尾纖聯(lián)系光電轉(zhuǎn)換器1光口與光電轉(zhuǎn)換器2光口;

③網(wǎng)線連接光電轉(zhuǎn)換器2網(wǎng)口與筆記本A網(wǎng)口 ;

④光電轉(zhuǎn)換器上電，筆記本A進(jìn)行PING測(cè)試筆記本B的IP地址，可以測(cè)試通;

⑤筆記本A運(yùn)行Modscan軟件，測(cè)試筆記本B的

Modsim數(shù)據(jù)，測(cè)試正常;

注意：尾纖光口在插拔的過(guò)程中，接頭不要直視眼睛;注意尾

纖的彎曲半徑大于2CM。

5）PLC程序編寫(xiě)

通過(guò)編寫(xiě)PLC程序，采用ModbusCTP讀取到協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)發(fā)后的數(shù)據(jù)。

5?方案優(yōu)勢(shì)分析

通過(guò)該協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)不同公司之間的SCADA系統(tǒng)跨網(wǎng)段數(shù)據(jù)讀取，減少了網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備的采購(gòu)與調(diào)試工作，避免將路由設(shè)備接入不同公司之間的內(nèi)網(wǎng)。同時(shí)，該方案具備施工簡(jiǎn)單，室內(nèi)安裝方便，與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)結(jié)合程度高，方便后期維護(hù)，成本低的優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)：工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)，廠家種類(lèi)多樣，協(xié)議類(lèi)型多樣。在自動(dòng)化行業(yè)領(lǐng)域，系統(tǒng)集成商需要充分分析實(shí)際需求，通過(guò)不斷的技術(shù)積累，將技術(shù)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為項(xiàng)目實(shí)踐應(yīng)用成果，通過(guò)技術(shù)手段提高系統(tǒng)集成的可靠性和穩(wěn)定性，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，節(jié)約施工成本。

參考文獻(xiàn)

[1]?《工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用：SCADA系統(tǒng)篇》-王華忠、陳冬青2017年電子工業(yè)出版社.

[2]?《工業(yè)以太網(wǎng)中的安全問(wèn)題》-陳東茹、謝東光-2006年9月.