基于互联网的设备远程通讯控制方式分析

基于互联网的设备远程通讯控制方式分析

刘利

中国石油大港油田第五采油厂协同研究中心

摘要： 本文深入分析了基于互联网虚拟隧道技术、互联网云盘以及网络专线的三种通讯控制方式。通过详细比较各种技术在成本、可靠性、稳定性、灵敏度、安全性和维护性等方面的表现，文章揭示了每种技术的优势与局限性。尤其强调了在实际应用中如何根据具体需求选择最合适的通讯控制方式，以达到最优的效果和成本效益。

关键词： 互联网虚拟隧道、互联网云盘、网络专线、通讯控制

随着信息技术和互联网的快速发展，远程通讯控制技术已广泛应用于工业、能源、城市管理等多个领域。有效的通讯控制不仅提高了操作的便利性和系统的灵活性，还在很大程度上增强了系统的整体性能。本文通过对现有的几种主流互联网基础的通讯控制方式进行比较分析，探讨了它们在实际应用中的性能及其适应场景。

1基于互联网虚拟隧道技术的通讯控制

该通讯控制主要是基于VPN虚拟隧道技术,将就地控制系统通过串口通讯(485或232)与专用的数据传输模块(DTU)相连将数据转换后发送至互联网,通过专用软件使用VPN(虚拟隧道技术)方式将数据映射到远程上位机服务器,实现远程通讯和控制。通讯拓扑结构。具体工作原理:通过就地DTU装置(一种物联网无线数据终端),将串口通讯采集的信息(串口通讯协议)转换成TCP\\IP信号(互联网通讯协议)。再使用SIM卡(例如移动、电信、联通等手机卡),以无线方式,送入互联网,方式类似于常用的手机上网。通过专用软件建立VPN虚拟隧道,软件虚拟隧道端口同上位机固定IP绑定,从而将上传到互联网的数据映射到绑定上位机中,在上位机通过TCP2COM(DTU配套的信号转换软件)将TCP信号转换为串口信号,从而供上位机组态软件(例如组态王、IFIX、三维力控等)读写。从而实现整体的信号通讯,设备控制。此种通讯方式属于较早的基于互联网的远程通讯控制,多数采用2G/3G的无线网络传输。在实际使用中存在以下优点:(1)由于通讯基于互联网传输,理论上现场只需要就地以及远程上位机机能正常接入互联网即可实现。通讯控制距离基本无限制。

(2)成本较低,日常使用中,只需要定期保证SIM卡的正常使用,保证足够的流量使用。此外需要VPN虚拟隧道的软件服务费,每年的话费及软件服务费总体不高。相较于传统的点对点光缆敷设,费用极大降低。

当然,作为早期的互联网通讯控制,也存在着多项缺点:(1)整个系统就地控制器(PLC,DCS)、DTU终端(包括SIM卡号)、VPN虚拟隧道软件端口、上位机IP地址,各环节部件全部一对一绑定,无法实现任何环节增设主备冗余,任一环节故障,将致使通讯中断,因此整个系统的可靠性较低。

(2)数据在互联网通过VPN虚拟隧道进行传输,数据通过VPN虚拟隧道只能对指定的上位机画面需要的少部分数据进行读写,无法远程进入就地控制系统控制器,查看修改逻辑,故障时只能到就地检查。同时无法专用软件及网络隧道的状态,故障时无法检查处理,维护不便。

(3)DTU终端采用2G/3G的无线网络,受限于互联网信号强弱影响,通讯不稳定,尤其在大风、雷电、雨雪天气,信号易中断。

(4)通讯受限于无线信号稳定性以及虚拟隧道服务器距离影响,延迟大,数据刷新慢,控制响应时间长,系统灵敏度低。

(5)信号通过无线通讯,尤其是经过互联网,容易受网络入侵,存在数据泄露,设备失控的网络安全风险。基于互联网虚拟隧道技术的通讯控制方式,主要实现了设备超远程控制的从无到有,成本低廉,但缺陷也较多,可靠性、维护性、稳定性、灵敏度、安全性均较低。

2基于互联网云盘的通讯控制

该通讯控制主要是基于互联网云盘,将就地控制系统通过串口通讯与SIM发生端连接,将数据发送至互联网指定云盘中,远程上位机直接从固定云盘中读取数据,实现远程通讯和控制。通讯拓扑结构如图2。具体工作原理:得益于互联网发展,宽带的提速,该通讯控制多数采用4G/5G的无线网络传输。依托于网络云系统的建立(例如阿里云、华为云盘、百度云等),通过租赁云盘,作为数据交互中转站,实现数据的互通,从而实现整体的信号通讯,设备控制。同第一种相比,除了超远距离通讯及维护费用低外,在实际使用中还存在以下优点:

(1)整个系统就地控制器(PLC,DCS)、SIM发射终端(包括SIM卡号)、云盘地址、上位机IP地址,各环节部件相互独立,无需绑定,可以实现PLC、上位机的主备冗余设置,系统可靠性相对较高。

(2)DTU终端采用4G/5G的无线网络,网络通讯相对稳定,抗干扰能力较强。

当然,该互联网通讯控制,也存在着部分缺点:

(1)数据在互联网通过云盘只能对指定的上位机画面需要的少部分数据进行存储,读写,无法远程进入就地控制系统控制器,查看修改逻辑,故障时只能到就地检查。同时无法检查云盘的状态,云盘故障时无法处理,不便于维护。

(2)通讯受限于无线信号稳定性以及云盘传输距离影响,延迟大,数据刷新慢,控制响应时间长,灵敏度较低。

(3)信号通过无线通讯,尤其是经过互联网,容易受网络入侵,存在数据泄露,设备失控的网络安全风险。基于互联网云盘的通讯控制方式,主要是前一种方式的升级,改变了数据在互联网中的传输方式。总体的可靠性、稳定性相对提高,但维护性、稳定性、灵敏度、安全性仍较低。

3基于网络专线的通讯控制

该通讯控制主要是采用互联网网络专线,将就地控制系统直接同远程上位机互联,达到有线传输功能,实现远程通讯和控制。该通讯方式可以实现常规有线通讯的所有功能,同时打破了光缆敷设的距离限制,理论上通信公司基站覆盖的区域均可以试想不同点的通讯控制。相较于上面两种无线通讯方式,使用网络专线的通讯控制,优势明显,具体包括:

(1)网络防护增强:

(1)将无线网络通讯更换为有线网络,彻底屏蔽无线网络信号,从物理上隔离无线网络入侵。(2)使用专线网络通讯,与互联网隔离,屏蔽互联网网络攻击。

(2)网络通讯的稳定性提高,包括

:(1)避免了SIM卡信号受异常天气影响中断。(2)避免了云服务器相关云盘故障造成信号异常,设备失控(3)远程控制的灵敏度提高,专网通讯数据不需要通过虚拟隧道服务器或云盘转接,直接由基站根据就近原则转接,传输距离同控制器与上位机距离相差不大,传输距离近,从而信号刷新快,控制灵敏度高。

(4)控制系统的可靠性提高,整个系统就地控制器及上位机可以自由设置冗余备机配置,系统可靠性相对高。

(5)维护简单,整个系统环节少,全程路径、通讯明晰,可远程对PLC及DCS系统控制逻辑在线监测修改,故障时可及时检测各段信号通讯,就地控制器状态。当然,网络专线同之前的两种无线通讯相比,在通讯两端需要敷设一定的光缆,同时网络专线的租赁费用与SIM卡使用相比,成本相对较高,但相较于数十千米甚至上百千米的有线光缆敷设,性价比还是具有明显优势。

4不同通讯控制方式对比

不同网络连接方式在成本、可靠性、稳定性、灵敏度、安全性和维护性方面有显著差异。全程有线网络虽然成本较高，距离有限，但在可靠性、稳定性、灵敏度、安全性和维护性方面表现出色，适用于对这些属性有极高要求的环境。相比之下，基于互联网的虚拟隧道技术和云盘提供了成本低廉且覆盖范围广的解决方案，但牺牲了可靠性、稳定性、灵敏度和安全性。网络专线则提供了一种折中方案，其成本、可靠性、稳定性和安全性均处于中等水平，适合需要较高安全性和稳定性但预算有限的场景。

5结束语

通过对比分析，我们可以看到每种通讯控制技术都有其独特的适用场景和局限性。基于互联网的虚拟隧道技术和云盘方案虽然成本较低，但在可靠性和安全性方面存在不足；而网络专线则提供了更高的稳定性和安全性，适合对这些因素有高要求的应用场景。因此，选择合适的通讯控制方式需综合考虑成本、性能及安全性等多个因素，以确保系统的高效、稳定和安全运行。这对未来通讯控制技术的发展方向提供了重要的参考和启示。

参考文献

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[2]杨振宇,钟勇锐,罗锦涛,等. 基于工业互联网的PLC远程监控系统的设计 [J]. 机电工程技术, 2023, 52 (05): 167-171.