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基于VPN网络的污水处理厂集中监控系统
更新时间:2017-01-05 来源:《自动化技术与应用》 作者:王海波

1、引言 

江苏鹏鹞环保集团在丹阳市的共建有6个小型污水厂及10个附属泵站。为了减少管理成本,实现减员增效,在总厂设控制中心,分厂只设门卫,泵站无人值守。现需要把各个分厂和泵站的监控信号和视频信号汇总到控制中心进行集中管理和控制。由于监控中心与各个分厂、泵站之间距离较远,如果铺设专用的通讯光纤网络,工程费用高、施工困难;如果采用无线电台的通讯方式,传输的数据量小、可靠性差、对视频流信号无法传输。综合当地实际情况,决定利用当地电信部门现有的电话网络加载ADSL宽带信号,通过设置VPN网关的方式实现污水处理厂生产监控系统软件和视频系统软件的可靠运行。

2、系统结构 

为每个分厂、泵站均申请一路ADSL宽带网络,设置VPN路由器并拨号上网。由于要上传视频流信号,所以需要向网络提供商申请增加网络的上传带宽,可以适当降低下载带宽。每个分厂的PLC系统的控制信号和视频系统的视频流信号通过工业以太网经VPN网关接入互联网,通过各自的VPN隧道连接到总厂监控中心的VPN网关。在监控中心设置多台生产和视频监控计算机,通过VPN网关获取各个分厂、泵站的生产数据,保证自控系统和视频系统的监控软件正常运行。通过VPN网关建立多条VPN连接隧道,就相当于把总厂的计算机和各分厂的PLC、网络摄像机等设备连接到同一个局域网中,使工控软件、PLC系统软件、视频监控软件等这些基于局域网工作的软件能正常工作,实现对各污水厂的集中监控。

另外,对于不通过VPN路由器上网的移动用户,可以通过用户名和密码的方式接入到VPN系统中,从而实现在任意位置对污水厂的运行情况进行监视与控制。这种接入方式也为监控系统供货商的远程维护、故障诊断提供了方便,做到即能快速响应客户要求、解决问题,又节省差旅费等维护成本。系统结构图如下:

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3、VPN路由器的配置 

VPN是虚拟专用网络的简称指的是在公用网络上建立的专用网络。在整个VPN网络的两个节点之间建立的连接,可以看做是一条穿过公用网络的安全、稳定的数据隧道。虚拟专用网具有使用成本低、安全可靠、连接方便灵活等特点。通俗地讲,通过VPN网络可以把原来局域网里可实现的功能全部在远程虚拟局域网里实现,让用户不再受地域限制,就象在一个办公室里一样。本项目使用的是艾泰科技的VPN路由器。在总厂设艾泰Utt3640VPN网关,在分厂、泵站设艾泰HiPER811VPN网关。VPN路由器的配置主要步骤如下。

3.1 建立网络连接

在艾泰VPN路由器的管理界面中的“基础设置”里面选择“PPPoE界面”,输入网络运营商提供的用户名和密码,VPN路由器就会自动拨号连接到Internet网络。由于使用ADSL拨号上网方式,没有固定的公网IP地址,所以需要为每个VPN路由器申请动态域名,其它VPN设备通过解析这个域名就能获得该节点的公网IP地址。在“动态域名设置”选项界面里填入主机名并注册,就会获得一个域名和秘钥。然后在“基础设置”里打开“DDNS管理”页面并填入主机名和秘钥,建立一个有动态域名的Internet网络连接。其它用户可以通过在浏览器上访问:http//主机名.iplink.com.cn这个域名远程连接到该VPN路由器了。艾泰VPN路由器还提供防火墙、流量控制等功能设置。

3.2 配置VPN网络

艾泰的VPN网关支持PPTP、L2TP等VPN通信协议。要把分厂的数据传输给总厂,需要把分厂VPN路由器配置为拨入服务器,把总厂VPN路由器配置为拨出客户端。这样总厂的各种应用软件就可以调用分厂的运行参数了。需要注意的几点是:VPN客户端与VPN服务器的设置名要相同;总厂分别与每个分厂、泵站建立一个VPN连接,每个分站的局域网IP地址网段要区分开;在WindowsXP环境下配置移动VPN连接时,需要修改注册表文件。详细的VPN连接配置可以参考艾泰科技的VPN配置手册。

4、监控与摄像系统的配置 

各分厂、泵站的PLC系统需配置以太网通讯模块,控制信号通过以太网传输,每套PLC都分配固定的局域网IP地址。在总厂的监控计算机上运行由InTouch工控软件开发的监控系统软件,使用DAServer等I/O驱动程序连接到各个PLC读取数据。经过总厂VPN网关“转化”过的IP地址可以被通信驱动程序直接使用,就象在同一个局域网中一样。这样,在总厂监控系统用户界面上就可以显示和控制分厂、泵站的仪表和设备了。

摄像系统使用网络型摄像机,视频信号经摄像机转换为数字信号后,直接通过网线上传至总厂监控中心的硬盘录像机。使用视频监控软件,在总厂视频监视计算机上可以实现实时监控、定时录像、云台控制、分区布防等功能。

安防系统配置声光报警器及红外线探头等设备并与摄像系统联动,即某区域发生安防报警后,摄像机自动转向该区域并录像同时启动照明灯和高音警号。这样的配置可以有效防范无人值守泵站盗窃等事故的发生。

5、移动用户访问与供货商的维护 

移动用户可以使用用户名和密码的方式与VPN网关建立VPN连接。即:安装有监控软件的电脑只要连接到广域网,就可以实现对总厂、各分厂PLC系统、摄像系统的监控。这样就为移动用户监控、远程维护、远程诊断等工作带来了极大的方便。同样,监控系统的供货商也可以通过该方式建立VPN连接并提供服务。比如:供货商的工程师要诊断某个污水厂监控系统的故障,只需要用用户名和密码登陆该厂的VPN网络,就可以取得PLC系统编程、调试的权限,可以对工控软件进行组态、编程、调试等工作。如果加上现场工作人员的配合,供货商可以远程解决80%以上的监控系统故障,提高系统故障的响应速度更好地服务客户而且节省工程师的差旅时间、费用等。

6、结束语 

通过建立基于广域网的VPN网络,使用InTouch工控软件对污水厂、无人泵站的电气设备进行远程监视与控制,使用网络摄像机对污水厂、泵站进行视频监视并录像,并与安防报警系统设备联动进行声光报警。确保了污水厂、无人值守泵站的防火、防盗、安全、可靠运行。该项目通过几年的运行,在实际生产中取得了较好的效果,为工控项目的远程管理、集团管理提供了解决方案。

版权、出处:《自动化技术与应用》

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