CN102130947A - 基于3g和云计算技术的远程监控维护的方法及*** - Google Patents

基于3g和云计算技术的远程监控维护的方法及*** Download PDF

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吴益宇
李佳亮
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Abstract

本发明是基于3G和云计算技术的远程监控维护的方法及***，所属的为工业自动化行业的3GInternet网络远程监控维护,通过3GInternet网络、云服务器平台对远程云端现场站的可编程控制器PLC、智能控制***PAC、人机界面HMI、变频器、上位机等控制***实时的采集现场的数据以及视频信号，解决企业中实际所遇到的远程无法在线诊断、调试、在线的修改程序和上下载程序的困难，实现对远程云端现场站无线化的监控维护，可不需要现场操作工程师在现场值守，在有3G网络覆盖的地方就可以得到应用，操作非常方便和灵活，易于远程管理、调试和维护，具有在线实时、安全、高速、操作简单、入门容易等特点。

Description

基于3G和云计算技术的远程监控维护的方法及***
技术领域
本发明所属的技术领域为工业自动化行业的3G Internet网络远程监控维护，具体涉及一种基于3G和云计算技术的远程监控维护的方法及***。
背景技术
目前，国内的3G网络、云计算方法的应用大多还是应用在民用场合，如3G手机、3G视频、3G音频的无线传输，3G和2G相比较，主要的优点在于速度上的提升。工业场合远程的可编程控制器PLC上下载编程，目前较多的是采用较为低速的Modem电话线的方式，远程无线的数据采集基本都是用GPRS的方式来暂时解决部分问题，但这两种方式的采集速度都是在Kbps级别，速度较低，还是没法解决现代化工业自动化控制和网络化管理的要求问题，比方说远程对设备的实时诊断、在线调试、报表的反馈、现场实时的视频信号等等。
如今，3G网络覆盖面广，正在逐渐取代以前传统的2G网络，3G网络的数据综合应用更是日益广泛和深入，3G网络较高的覆盖率为利用该网络实现无线的数据安全传输创造了条件，速度也相对电话Modem的Kbps提高到了Mbps的级别，提升了1000倍以上。
全球或者某一个区域存在着广泛的分布且离散的中小型用户，他们需要信息服务，又不想自己建立且没有必要建立单独的信息处理和存储***，迫切需要利用社会充足的富余资源为其服务，实现即用即付费的业务服务模式，由此，一个有技术基础，又有市场拉动的“云计算”服务模式被催生了。采用“云计算”技术，是基于现今互联网3G信息安全已经做到了非常高的严谨性、计算机有超高速运算和超级存储能力、全球存在海量的信息资源、数字传输网络有足够的带宽及平民化的互联网来供应。它是分布式计算技术的一种，其最基本的概念是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大***经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。
发明内容
本发明的目的是基于上述现有技术及现有技术中的缺陷，提供一种借助于3G Internet网络和云计算技术的方法及***，对远程云端现场站的可编程控制器PLC上下载编程和调试，解决企业中实际所遇到的远程无法在线诊断、调试、在线的修改程序和上下载程序的困难，实现对远程云端现场站的监控维护。
实现本发明的方法是：
涉及数据源主机与目标主机之间的数据发送与接收，包括3G无线通讯和云计算，其中：云端现场站采集到的数据通过接口传入远程安全通讯模块，该远程安全通讯模块通过3G路由器在3G Internet网络上建立了专用通道，以无线的方式将数据发送到云服务器；云端工程师站中的电脑以以太网与远程安全通讯模块连接，通过3G路由器以无线的方式接收来自远程的云服务器的数据；可编程控制器PLC和多功能面板HMI之间通过以太网实时通讯；无线摄像头通过无线以太网实时通讯。
云计算（Cloud computing），采用分布式计算技术，透过3G Internet网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再由多部服务器组成的***进行搜寻、计算及分析，最终将处理结果回传给云端用户；云服务器上安装上下载的程序及编程、调试所需的软件。
采用动态IP设备连接代替常规的固定IP设备连接，通过远端的云服务器的平台与云端用户进行数据交换。
采用S-LINK协议进行数据的发送与接收，采用RSA加密算法，密匙为128位加密。
S-LINK协议基于应用层，是公钥和私钥结合使用的方式进行加密，其加密和解密采用不同的密钥，属非对称密钥密码***，每个通信方均需要公钥和私钥两个密钥，这两把密钥可以互为加解密，公钥是公开的，不需要保密，而私钥是由双方通讯设备持有，其中发送方通过使用接收方的公钥对数据进行加密操作，然后数据接收方使用自己的私钥就可以对数据进行解密，接收方通过解密操作就能知道数据是否完整传输，如果能够使用自己的私钥解密数据，说明数据是真实的，否则传输的数据可能在传输过程中被篡改。
采用RSA加密算法，其定义为两个站点A和B，其中A想把一段明文通过双钥加密的技术发送给B，B有一对公钥和私钥，那么加密解密的过程如下：
B将B的公开密钥传送给A；
A用B的公开密钥加密A的消息，然后传送给B；
B用B的私人密钥解密A的消息；
反之，B要将明文发送给A，过程如下：
A收到B的明文；
A的私钥解密；
A的公钥加密；
B收到的A明文。
实现本发明的***是：
采用云管理计算机、云服务器、远程安全通讯模块、3G路由器、云计算3G Internet网络、云端工程师电脑、可编程控制器PLC、以太网模块、多功能面板HMI和无线摄像头，其中：云管理计算机和云服务器经接远程安全通讯模块，该远程安全通讯模块连接3G路由器，通过3G Internet网络连接异地云端3G路由器，云端工程师电脑经远程安全通讯模块连接3G路由器，无线摄像头和可编程控制器PLC、以太网模块、多功能面板HMI模块分别以无线以太网和以太网形式连接远程安全通讯模块，再通过3G路由器连接3G Internet网络。
本发明具有的有益效果：
一般在现场没有办法用有线宽带的方式上到Internet，或者因为企业内部安全问题不方便对外开放，本发明基于3G Internet网络并通过云计算对可编程控制器PLC的进行远程监控维护方，在有3G网络覆盖的地方就可以得到应用，非常方便和灵活。
本发明可不需要现场操作工程师在现场值守，只需要将云端现场站需要远程调试、编程的设备、远程安全通讯模块、3G路由器等设备供电和云端工程师站将远程安全通讯模块、3G路由器等设备供电便可以通讯，通过云服务器，对云端现场站设备，如各种现场总线、仪表、HMI等智能通讯模块以及PLC进行实时的在线诊断、调试和上下载编程，将现场的数据、视频信号一起传送至云端工程师站。
本发明通过3G Internet网络采用S-LINK协议实现数据发送和接收，采用的是加密算法为RSA，密匙为128位加密，保证了数据的安全性、完整性和可靠性。
本发明操作十分的便捷，易于远程管理、调试和维护，具有在线实时、安全、高速、操作简单、入门容易等特点，大大的节省了设备和***的调试、维护带来的人力成本和物力成本，缩减了企业的回复生产能力的时间，提高生产效率，将企业因为停产而带来的损失降到最低。
附图说明
图1本发明的远程监控维护的方法及***的简易模块图。
图2本发明的远程监控维护的方法及***的通讯网络图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
为实现本发明的基于3G和云计算技术的远程监控维护的方法及***，以一台云服务器、一台云管理计算机、远程安全通讯模块SY-RSCM300、3G路由器SY-3G、三菱的Q系列PLC Q02H CPU、Q系列以太网模块QJ71E71-100、HMI、现场视频信号采集模块无线摄像头、一台云端工程师电脑为例，通过3G Internet网络进行远程安全的工业网络实时通讯、在线诊断和远程上下载程序。
各个元器件的型号和特点如下：
1、 云服务器，CPU四核 Xeon 2.26G，内存4G DDR3，硬盘2TB SATA，网卡1000M*1，装有Oracle 数据库；
2、云管理计算机，预装有微软的操作***Windows XP，选用研祥CPC-8401高CompactPCI***工业计算机/服务器，三菱GX Developer8.31编程软件、HMI编程软件、域名解析软件和易控组态软件2009，作为域名解析、数据在线监控和存储等；
3、云端工程师站，预装有云端操作***软件的计算机，选用西门子上位编程器PG，是工业等级的编程电脑；
4、可编程控制器PLC：三菱Q系列PLC，选用主机Q02H CPU，以太网模块QJ71E71-100扩展具有工业以太网通讯接口；
5、多功能面板HMI：选用西门子MP277 10.4寸和Key、64K颜色、分辨率640*480，具有CF卡；
6、赛远远程安全通讯模块SY-RSCM300，具有4个LAN口（10/100Mbit/s），1个WAN口，具有S-LINK内置协议和VLAN功能，防火墙功能，路由交换功能；
7、3G路由器，选用赛远的SY-3G，可以连接三种制式的3G网络：W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA；
8、无线摄像头，选用具有以太网口的SY-CMR，WIFI功能，工业等级，具有高分辨率的内置Web Server。
实现方法：
1、将云管理计算机和云服务器的IP地址手动设置为远程安全通讯模块SY-RSCM300所指定的网段内；
2、将云服务器端的远程安全通讯模块SY-RSCM300设备连接到SY-3G路由器通过3G Internet网络进行连接；
3、将云服务器端的远程安全通讯模块SY-RSCM300进行配置：启用S-LINK和VLAN功能，通过RSA密匙数字签名方式来设置对端DNS主机名地址和对端隧道末端标识，以及密匙生命期、指定本地网段和对端网段等参数；为云服务器网内的其他设备，分配远程安全通讯模块SY-RSCM300所指定的网段内的IP地址池，通过手动设定的方式分配同网段IP、DNS给云服务器、云管理计算机、远程安全通讯模块SY-RSCM300和SY-3G路由器；
4、将云端工程师站的远程安全通讯模块SY-RSCM300进行配置：启用S-LINK和VLAN功能，通过RSA密匙数字签名方式来设置隧道末端标识ID以及对端隧道末端标识ID和动态IP地址，以及密匙生命期、指定本地网段和对端网段等参数，为云端工程师站内的云端工程师电脑、远程安全通讯模块SY-RSCM300和SY-3G路由器分配IP，以及开放相应的所需端口；
5、将云端现场站的远程安全通讯模块SY-RSCM300设备连接到SY-3G路由器通过3G Internet网络进行连接；
6、将云端现场站的三菱Q系列PLC、HMI、SY-3G路由器、摄像头的IP地址手动设置为远程安全通讯模块SY-RSCM300所指定的网段内的空闲IP；
7、将云端现场站的三菱Q系列PLC、远程安全通讯模块SY-RSCM300、SY-3G路由器、HMI和摄像头都集中连接到远程安全通讯模块SY-RSCM300上，通过3G Internet网络将数据发送到云服务器端；
8、打开云端工程师站上面的三菱GX Developer8.31编程软件、HMI编程软件，即可通过云服务器用3G上网的方式对云端现场站的各种设备进行远程的实时数据的读取、在线诊断、上下载程序和现场实时的视频信号采集等功能；
9、云端工程师站借助于3G Internet网络通过云管理计算机上的组态软件易控内置了三菱PLC的OPC驱动，可以对远程三菱Q系列PLC的内部参数进行读写，达到远程数据在线存储和历史记录，并能在线的控制PLC内部的数据区，存储器，输出的开关量和模拟量；
10、云端工程师站打开本机IE浏览器，键入摄像头的IP地址，借助于3G Internet网络通过云服务器进行对云端现场站的现场情况的一个实时的视频数据采集和语音反馈，首次浏览，下载摄像头内置驱动安装后，即可看到现场的实时情况。

Claims (4)

1.一种基于3G和云计算技术的远程监控维护的方法，其包括数据源主机与目标主机之间的数据发送与接收，其特征是包括3G无线通讯和云计算，其中：
A. 3G无线通讯，采用云端现场站采集到的数据通过接口传入远程安全通讯模块，该远程安全通讯模块通过3G路由器在3G Internet网络上建立了专用通道，以无线的方式将数据发送到云服务器；工程师站为云端工程师站中的电脑以以太网与远程安全通讯模块连接，通过3G路由器以无线的方式接收来自远程云服务器的数据；可编程控制器PLC和多功能面板HMI之间通过以太网实时通讯；无线摄像头通过无线以太网实时通讯； 
B. 云计算（Cloud computing），采用分布式计算技术，透过3G Internet网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再由多部服务器组成的***进行搜寻、计算及分析，最终将处理结果回传给云端用户；云服务器上安装上下载的程序和采用的编程、调试软件。
2.如权利要求1所述的基于3G和云计算技术的远程监控维护的方法，其特征是所述的3G无线通讯采用动态IP设备连接代替常规的固定IP设备连接，通过远端的云服务器的平台云端用户进行数据交换。
3.如权利要求1所述的基于3G和云计算技术的远程监控维护的方法，其特征是所述的3G无线通讯采用S-LINK协议进行数据的发送与接收，采用加密算法为RSA，密匙为128位加密。
4.实现基于3G和云计算技术的远程监控维护的***，其特征是包括云管理计算机、云服务器、远程安全通讯模块、3G路由器、云计算3G Internet网络、云端工程师电脑、可编程控制器PLC、以太网模块、多功能面板HMI和无线摄像头，其中：所述云管理计算机和云服务器经接远程安全通讯模块，该远程安全通讯模块连接3G路由器，通过3G Internet网络连接异地云端3G路由器，所述云端工程师电脑经远程安全通讯模块连接3G路由器，所述无线摄像头和可编程控制器PLC、以太网模块、多功能面板HMI模块分别以无线以太网和以太网形式连接远程安全通讯模块，再通过3G路由器连接3G Internet网络。
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