和利時無線網關產品在某城市供熱系統中的應用

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和利時無線網關產品在某城市供熱系統中的應用本項工程是和利時在無線控制系統上的進一步嘗試，利用無線網絡進行遠程維護，讓遠程維護工作更安全、可靠，是和利時的工程人員和研發人員一年多的緊密配合刻苦攻關取得的成果。

目錄

案例背景介紹

本項工程是和利時在無線控制系統上的進一步嘗試，利用無線網絡進行遠程維護，讓遠程維護工作更安全、可靠，是和利時的工程人員和研發人員一年多的緊密配合刻苦攻關取得的成果。

1　背景

1.1　項目概要

東北某電廠承擔其所在城市的供暖，供暖系統除電廠內的換熱設備外，還包含散布在城市各個區域的72個配熱站。配熱站有兩種：一種是配熱站，每個站有3~4個閥門和10~14個檢測模擬量，主要是進水溫度、進水壓力、進水流量和每個分支的出水溫度、出水壓力和出水流量。另一種是升壓配熱站，除了配熱站的設備外還有兩台升壓泵，兩台升壓泵採用一用一備方式工作。電廠規劃了一套城市智能供暖系統，將場內供熱設備以及城市的72個配熱站里所有閥門和傳感器進行監控和智能化控制。整個項目分兩部分：第一部分為建設整套城市供暖的監控系統；第二部分藉助智能化策略實現恆溫供暖，解決城市供暖不均勻，離電廠近的區域供暖溫度高，離電廠遠的區域供暖不足的情況。和利時承擔第一部分工程工作，實現在電廠供熱控制室對整個城市的供暖系統進行監控，同時將供暖系統數據上傳至城市市政部門。經過初期論證方案，決定使用和利時4G通訊模塊解決72個配熱站的就地系統通訊問題。

1.2　網絡結構

本項目的網絡結構本質上還是星型以太網結構。網絡核心在電廠熱網集控室內，集控室布置2台歷史站、1台工程師站、2台操作員站、2套接口站，1面網絡電源櫃以及2面控制櫃。一套接口站負責與市政部門通訊，將系統數據上傳市政部門；一套接口站負責通過4G網關與72個配熱站進行無線通訊。72個配熱站每個站布置一面就地控制櫃。為了保證系統運行安全，所有就地控制櫃都布置一對主控，所有閥門調節邏輯和保護邏輯在就地主控里，即使通訊中斷，就地控制器也能保證閥門根據預定保護邏輯進行開關。除了DPU、I/O模塊外，每面控制櫃布置有2台小型交換機和1台4G無線網關。其網絡結構圖如圖1所示。

為了實現就地控制櫃與集控室的通訊，在每個控制櫃內布置1台4G無線網關，在集控室布置一台4G無線網關，整個系統有73個無線網關。所有就地控制櫃通過4G無線網關與集控室的控制器進行通訊。4G無線網關對於維護工程師來說就是一根虛擬的網線，將72個就地控制站和2個本地控制站虛擬到一個控制網絡里。在維護狀態下可以實現在電廠的熱網控制室內修改整個城市72個就地站的邏輯，及調節參數。在控制狀態下，可以實現熱網操作員對整個熱網系統的所有參數進行監視，同時對所有受控設備進行控制。

1.3　項目對無線通訊的要求

由於是電廠的控制系統，同時通訊須採用公網，所以通訊的可靠性和安全性是本項目的重點。針對系統對通訊的可靠性以及安全性的要求，同時在安全性保證的前提下努力提高通訊的易用性，研發人員做了大量的開發工作。為了達到控制系統的通訊要求，主要需要滿足以下幾個功能：

（1）主站要與72個就地控制站進行實時通訊，由於設備簡單，一個站與集控室只有20~30個WORD類型的變量進行通訊，控制數據量不大。如果維護時遠程工程師站需要上傳或下載邏輯，在上傳和下載階段數據量要求高。

（2）需要達到電廠對控制系統的數據安全要求，通訊需要具有管理措施，有權限的設備才能通訊，同時通訊數據需要加密傳輸，需要具有網絡安全的保證。

（3）需要具有遠程維護能力，當就地設備的邏輯或者控制參數需要調整時，不需要電廠人員開車到72個就地控制站分別下裝，要能夠實現在電廠控制室遠程修改每個就地站的控制邏輯。

案例實施與應用情況：

2　項目實施

2.1　實現DCS系統的遠程維護

DCS系統在設計時都是運行在2層數據交換的環境中，而如果需要利用4G網關產品對DCS系統進行遠程下裝，則數據需要進行3層數據交換。在項目開始時發現普通的4G無線網卡無法實現遠程控制器的遠程互聯功能，並且目前大部分4G無線產品都無法直接實現DCS系統的遠程數據監控和數據下裝。和利時經過一年多的探索和研發，在4G網關內虛擬了一個2層數據交換的環境，雖然所有的無線用的是4G網絡，但是所有的以太網口都屬於一個網段。雖然操作員站、集控室控制站和72個配熱站控制器分布在整個城市，但是對於維護工程師來說，在線監視功能能夠實現如74個控制站布置在一個房間的效果。疫情期間，和利時工程師實現了在西安基地辦公室修改東北現場控制站里的邏輯。在試驗環境下，在新疆的工程師下裝西安研發中心裡的主控邏輯以及在新疆強制西安控制器里的某個測點，幾乎覺察不到操作延時。

2.2　如何保證通訊的可靠連接

由於是監控系統，數據連接的可靠性顯得尤其重要，需要控制系統全年365天，24小時都可以進行可靠性通訊。在無線通訊側，和利時的4G無線網關實現了以下幾個功能：

（1）通訊包的確認及重發機制。每個數據通訊包發送方都必須收到接收方的確認信息後才認為發送結束，當沒有收到接收方的確認信息時會自動重新發送。

（2）通訊中斷重撥機制。兩個4G網關之間先建立數據連接，再進行數據通訊。當多次發送依然無法收到確認時，網關會自動撥號，重新建立連接。

（3）通訊狀態實時檢測機制。4G網關具有開關量接線端子，當網關檢測到通訊中斷時重新撥號，同時通過DO端子向外輸出報警信息，對操作員發出提醒。

2.3　如何達到控制系統的安全要求

雖然熱網控制系統與電廠的主機DCS系統完全隔離，電廠對熱網控制系統的安全要求也非常高。為了達到電廠對通訊的的安全要求，和利時的研發人員專門針對無線通訊系統開發了無線通訊管理系統，通過無線通訊管理系統對整個系統的無線通訊進行管理。無線通訊系統通過以下幾個方面實現安全通訊：

（1）系統聯通管理，設置具有連接權限的用戶名及密碼設置通道號。配對可以進行通訊的4G網關。同時在聯通管理軟件里對通訊狀態進行監控，對通訊狀態進行檢查，如發現非法連接嘗試立即報警。同時管理軟件可以隨時關閉已經建立好的連接。

（2）VPN連接加密功能。在使用計算機進行遠程下裝時需要使用VPN功能，使用授權的用戶名和密碼建立VPN，所有工程師站與主控之間的通訊數據都是加密的，以此保證了數據安全。

（3）所有相互通訊的4G網關，在撥號完成後都需要相互認證，根據軟件配置信息，只有軟件配置的MAC地址相同、通道號相同、SIM卡號碼正確的4G網關才能通訊。4G網關只響應設置好的撥號連接，不響應其他SIM卡的連接請求。就地的72個網關都只能和集控室的網關進行通訊，72個網關之間不能進行通訊。