和利时无线网关产品在某城市供热系统中的应用

来自 搜狐网 的图片

和利时无线网关产品在某城市供热系统中的应用本项工程是和利时在无线控制系统上的进一步尝试，利用无线网络进行远程维护，让远程维护工作更安全、可靠，是和利时的工程人员和研发人员一年多的紧密配合刻苦攻关取得的成果。

目录

案例背景介绍

本项工程是和利时在无线控制系统上的进一步尝试，利用无线网络进行远程维护，让远程维护工作更安全、可靠，是和利时的工程人员和研发人员一年多的紧密配合刻苦攻关取得的成果。

1　背景

1.1　项目概要

东北某电厂承担其所在城市的供暖，供暖系统除电厂内的换热设备外，还包含散布在城市各个区域的72个配热站。配热站有两种：一种是配热站，每个站有3~4个阀门和10~14个检测模拟量，主要是进水温度、进水压力、进水流量和每个分支的出水温度、出水压力和出水流量。另一种是升压配热站，除了配热站的设备外还有两台升压泵，两台升压泵采用一用一备方式工作。电厂规划了一套城市智能供暖系统，将场内供热设备以及城市的72个配热站里所有阀门和传感器进行监控和智能化控制。整个项目分两部分：第一部分为建设整套城市供暖的监控系统；第二部分借助智能化策略实现恒温供暖，解决城市供暖不均匀，离电厂近的区域供暖温度高，离电厂远的区域供暖不足的情况。和利时承担第一部分工程工作，实现在电厂供热控制室对整个城市的供暖系统进行监控，同时将供暖系统数据上传至城市市政部门。经过初期论证方案，决定使用和利时4G通讯模块解决72个配热站的就地系统通讯问题。

1.2　网络结构

本项目的网络结构本质上还是星型以太网结构。网络核心在电厂热网集控室内，集控室布置2台历史站、1台工程师站、2台操作员站、2套接口站，1面网络电源柜以及2面控制柜。一套接口站负责与市政部门通讯，将系统数据上传市政部门；一套接口站负责通过4G网关与72个配热站进行无线通讯。72个配热站每个站布置一面就地控制柜。为了保证系统运行安全，所有就地控制柜都布置一对主控，所有阀门调节逻辑和保护逻辑在就地主控里，即使通讯中断，就地控制器也能保证阀门根据预定保护逻辑进行开关。除了DPU、I/O模块外，每面控制柜布置有2台小型交换机和1台4G无线网关。其网络结构图如图1所示。

为了实现就地控制柜与集控室的通讯，在每个控制柜内布置1台4G无线网关，在集控室布置一台4G无线网关，整个系统有73个无线网关。所有就地控制柜通过4G无线网关与集控室的控制器进行通讯。4G无线网关对于维护工程师来说就是一根虚拟的网线，将72个就地控制站和2个本地控制站虚拟到一个控制网络里。在维护状态下可以实现在电厂的热网控制室内修改整个城市72个就地站的逻辑，及调节参数。在控制状态下，可以实现热网操作员对整个热网系统的所有参数进行监视，同时对所有受控设备进行控制。

1.3　项目对无线通讯的要求

由于是电厂的控制系统，同时通讯须采用公网，所以通讯的可靠性和安全性是本项目的重点。针对系统对通讯的可靠性以及安全性的要求，同时在安全性保证的前提下努力提高通讯的易用性，研发人员做了大量的开发工作。为了达到控制系统的通讯要求，主要需要满足以下几个功能：

（1）主站要与72个就地控制站进行实时通讯，由于设备简单，一个站与集控室只有20~30个WORD类型的变量进行通讯，控制数据量不大。如果维护时远程工程师站需要上传或下载逻辑，在上传和下载阶段数据量要求高。

（2）需要达到电厂对控制系统的数据安全要求，通讯需要具有管理措施，有权限的设备才能通讯，同时通讯数据需要加密传输，需要具有网络安全的保证。

（3）需要具有远程维护能力，当就地设备的逻辑或者控制参数需要调整时，不需要电厂人员开车到72个就地控制站分别下装，要能够实现在电厂控制室远程修改每个就地站的控制逻辑。

案例实施与应用情况：

2　项目实施

2.1　实现DCS系统的远程维护

DCS系统在设计时都是运行在2层数据交换的环境中，而如果需要利用4G网关产品对DCS系统进行远程下装，则数据需要进行3层数据交换。在项目开始时发现普通的4G无线网卡无法实现远程控制器的远程互联功能，并且目前大部分4G无线产品都无法直接实现DCS系统的远程数据监控和数据下装。和利时经过一年多的探索和研发，在4G网关内虚拟了一个2层数据交换的环境，虽然所有的无线用的是4G网络，但是所有的以太网口都属于一个网段。虽然操作员站、集控室控制站和72个配热站控制器分布在整个城市，但是对于维护工程师来说，在线监视功能能够实现如74个控制站布置在一个房间的效果。疫情期间，和利时工程师实现了在西安基地办公室修改东北现场控制站里的逻辑。在试验环境下，在新疆的工程师下装西安研发中心里的主控逻辑以及在新疆强制西安控制器里的某个测点，几乎觉察不到操作延时。

2.2　如何保证通讯的可靠连接

由于是监控系统，数据连接的可靠性显得尤其重要，需要控制系统全年365天，24小时都可以进行可靠性通讯。在无线通讯侧，和利时的4G无线网关实现了以下几个功能：

（1）通讯包的确认及重发机制。每个数据通讯包发送方都必须收到接收方的确认信息后才认为发送结束，当没有收到接收方的确认信息时会自动重新发送。

（2）通讯中断重拨机制。两个4G网关之间先建立数据连接，再进行数据通讯。当多次发送依然无法收到确认时，网关会自动拨号，重新建立连接。

（3）通讯状态实时检测机制。4G网关具有开关量接线端子，当网关检测到通讯中断时重新拨号，同时通过DO端子向外输出报警信息，对操作员发出提醒。

2.3　如何达到控制系统的安全要求

虽然热网控制系统与电厂的主机DCS系统完全隔离，电厂对热网控制系统的安全要求也非常高。为了达到电厂对通讯的的安全要求，和利时的研发人员专门针对无线通讯系统开发了无线通讯管理系统，通过无线通讯管理系统对整个系统的无线通讯进行管理。无线通讯系统通过以下几个方面实现安全通讯：

（1）系统联通管理，设置具有连接权限的用户名及密码设置通道号。配对可以进行通讯的4G网关。同时在联通管理软件里对通讯状态进行监控，对通讯状态进行检查，如发现非法连接尝试立即报警。同时管理软件可以随时关闭已经建立好的连接。

（2）VPN连接加密功能。在使用计算机进行远程下装时需要使用VPN功能，使用授权的用户名和密码建立VPN，所有工程师站与主控之间的通讯数据都是加密的，以此保证了数据安全。

（3）所有相互通讯的4G网关，在拨号完成后都需要相互认证，根据软件配置信息，只有软件配置的MAC地址相同、通道号相同、SIM卡号码正确的4G网关才能通讯。4G网关只响应设置好的拨号连接，不响应其他SIM卡的连接请求。就地的72个网关都只能和集控室的网关进行通讯，72个网关之间不能进行通讯。