王祎

摘?要： 本文以需要實現(xiàn)兩個不同獨立的跨網(wǎng)段SCADA系統(tǒng)之間，利用網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過ModbusTPC協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，同時滿足跨網(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項目實施中的重要性。作者在擔(dān)任項目經(jīng)理期間，積極分析問題，尋找解決方案。通過新技術(shù)在項目集成中的有效應(yīng)用，減少了項目實施周期，節(jié)約了項目資源和成本。

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

【中圖分類號】TP393.08?????【文獻標(biāo)識碼】A?????【文章編號】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)采集項目。

需求描述：A公司需要采集到B公司的SCADA系統(tǒng)部分實時數(shù)據(jù)，同時要求數(shù)據(jù)在A公司場站和調(diào)控中心同時顯示。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，保證兩個公司的內(nèi)網(wǎng)實現(xiàn)物理隔離，不可以互相訪問。

現(xiàn)狀描述：A公司場站和B公司某場站的SCADA系統(tǒng)相互獨立且不同，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)獨立，SCADA系統(tǒng)均支持ModbusTCP協(xié)議。A公司場站與A公司調(diào)控中心SCADA平臺在獨立的生產(chǎn)辦公內(nèi)網(wǎng)，可以互通且運行正常。A公司場站與B公司場站相距離10公里左右。經(jīng)過測試，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公司場站和A公司場站距離在10公里左右，由于兩地均處在山丘地帶，經(jīng)測試手機網(wǎng)絡(luò)信號均無法滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，無法保穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)狀，B公司場站到A公司某場站宜鋪設(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)通過路由器互訪的風(fēng)險，采用具備可以獨立隔離配置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，需利用協(xié)議轉(zhuǎn)換器對需要采集的數(shù)據(jù)地址進行重新定義，便于A公司場站的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?實施步驟

①在B公司中心機房內(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)進行轉(zhuǎn)換處理轉(zhuǎn)發(fā)，實現(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)換具備兩個網(wǎng)口，可以不同網(wǎng)段的訪問，同時具備ModbusTCP輸入和ModbusTCP輸出的功能。兩個網(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公司的該天然氣場站，鋪設(shè)光纜，同時熔接光纜熔接盒;分別添加光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，實現(xiàn)兩地的光纖通信。

④A公司場站PLC程序調(diào)試：A公司場站PLC通過交換機以太網(wǎng)訪問新增光電轉(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)度指揮中心通過其內(nèi)部以太網(wǎng)訪問A公司場站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)模擬測試：

測試目的：通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實現(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臺筆記本A、B，帶網(wǎng)口;

協(xié)議：ModTCP/IP

測試過程：環(huán)境搭建——仿真數(shù)據(jù)——光電轉(zhuǎn)換——PLC程序編寫

2）測試環(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，運行正常;

②筆記本B作為從站，IP地址配置成為：192.168.100.45;運行Modsim軟件;

③筆記本A作為主站，IP地址配置成為：172.16.75.42;運行Modscan軟件;

3）數(shù)據(jù)仿真測試

①通過Modsim軟件在筆記本B上運行后，在筆記本A上運行Modscan軟件進行測試，測試成功，通過網(wǎng)關(guān)配置，實現(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)過查看對比寄存器數(shù)據(jù)范圍，現(xiàn)場調(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)，滿足要求。

4）光電轉(zhuǎn)換測試

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進行PING測試筆記本B的IP地址，可以測試通;

⑤筆記本A運行Modscan軟件，測試筆記本B的

Modsim數(shù)據(jù)，測試正常;

注意：尾纖光口在插拔的過程中，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

通過編寫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)勢分析

通過該協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了兩個不同公司之間的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，該方案具備施工簡單，室內(nèi)安裝方便，與自動化專業(yè)結(jié)合程度高，方便后期維護，成本低的優(yōu)點。

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

參考文獻

[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)中的安全問題》-陳東茹、謝東光-2006年9月.