水源井群远程监测系统解决方案

　　▋ 行业背景

　　今天，以TCP/IP协议族为基础的Internet网络为我们提供了信息共享的平台。得益于TCP/IP的开放互连特性，越来越多的通信网络及智能设备接入到Internet。

 

　　

       随着现代工业与科技的进步与发展，工业控制领域的网络化，分布式的特点越来越明显，需求与日俱增。工业控制从传统的现场控制逐步发展到了远程监控模式，强大的Internet和日趋成熟的数据通信技术使距离不再成为一种制约，工业控制网络因此得到了延伸。

　　而以4G/5G为技术支撑的无线数据运营网络为工业数据传输领域提供了一个可靠的数据通道。利用其无线接入、与Internet连接、数据传输率较高的特点，已经可以实现工业领域的远程数据传输，完成工业远程控制的网络化。

 

　　目前在中国，以4G/5G技术为承载，为其用户提供语音及数据据服务。随着无线通讯技术的发展，4G/5G产品在数据传输领域的应用越来越广泛，尤其是4G/5G通讯模块的出现，更加速了这种应用的发展。北京东用科技依据多年的无线技术领域经验，针对当今工业领域出现的特点与需求，为工业用户开发了基于TCP/IP网络及4G/5G网络的ORB305系列产品。ORB305系列产品具有宽温工作、宽电压供电，可靠性高，对工业环境的适应性好，易于安装，易于维护等特点。能够为客户提供高速、永远在线、数据的透明传输，完全能够满足行业数据采集传输和监控的需要，可广泛应用于工业自动化行业。

　　▋ 项目概述

　　在资源日益匮乏的今天，各行业更加注重资源的管理以及利用。目前具备五个口水井、二个加压泵站、一个高位水池以及水厂监控中心完成井群的远程监控系统。为了能够更好的实现井群的监测，提出通过无线网络实现各个水井组网，对各远端水井的水质、流量等参数进行远程实时监控，实现井群水处理的自动化、信息化、网络化。

 

　　基于以上信息，水源井群远程监控系统可以通过目前成熟的4G/5G无线网络实现组网，调度中心主站直接监控下端各个水井的运行情况。

　　▋ 方案设计依据

　　3.1安全性和可靠性

　　考虑到水厂自动化控制系统对数据有一定的特殊需求，在整个系统设计中要充分考虑到数据的安全问题，在设备的选型上着重衡量设备的可靠性，以确保整个系统安全、可靠运行。

 

　　3.2技术先进性和实用性

　　保证满足水厂用户应用的同时，又要体现出无线网络系统的先进性。在网络设计中要把先进的技术与现有的成熟技术和标准结合起来，充分考虑无线网络应用的现状和未来的发展趋势。

　　3.3灵活性和可扩展性

　　根据水厂用户未来应用的需要和变化，应具备充分的接入能力和可扩展性，包括多种接入方式的提供和接入的可扩展性，带宽的扩展与速率的平滑升级以及处理能力的可扩展性，最大程度地减少对网络架构和现有设备的调整。

　　3.4可管理性

　　考虑到水厂用户下端设备分布比较分散，维护困难程度比较大，方案采用集中管理的网络架构，实时监测设备的运行状态，并可通过大型设备监控中心对下位机进行远程设置。

 

　　3.5兼容性和经济性

　　兼容性，能够最大限度地保证网络现有各种计算机软、硬件资源的可用性和连续性；经济性，在充分利用现有资源的情况下，最大限度地降低网络系统的总体投资。有计划、有步骤地实施，在保证网络整体性能的前提下，充分利用现有的网络设备或做必要的升级。

　　▋ 水源井群远程监控系统

　　4.1网络拓扑

 

　　4.2方案说明

　　井口群现场（视频设备以及PLC具备以太网接口）：

　　现场的各个井口/加压站/高位水池位置十分的分散，每个井口具备一台西门子PLC设备以及视频设备和工业级无线路由器设备，其中西门子PLC实现现场数据的采集工作，视频设备实现现场视频数据采集工作，工业级无线路由器负责数据传输工作，与调度中心实现信息交互。现场的西门子PLC以及视频设备通过以太网方式与路由器相连，组成局域网，局域网内的IP地址信息可以根据实际情况规划。

　　西门子PLC通过采集现场水井的运行情况以及相关水质、流量、压力等数据，工业级无线路由器通过拨号接入互联网，通过和远程监控中心VPN路由器设备建立VPN数据传输隧道，实现与自来水公司远程监控中心通讯，交互数据，将采集到的数据转发至调度中心主站。

　　井群远程监测中心：

　　调度中心具备VPN接入路由器，组态软件服务器，视频软件服务器、主站西门子PLC通过以太网方式连接，组成局域网。

　　井群远程监测中心通过VPN接入路由器设备接入互联网，调度中心运行组态软件，通过组态软件实现远程对现场各个井口的数据采集工作以及水厂主站西门子PLC数据采集工作。调度中心通过VPN隧道与现场无线路由器建立通讯连接，从而实现调度中心与下端水井PLC实现相互通讯，并且可以调看现场视频数据。组态软件服务器收到现场各个井口上传的数据后能够及时了解到各个现场的井口工作情况。便于管理人员能够快速及时的了解各个井口的运行情况，调看现场视频画面，提高了相关管理工作和数据采集工作的效率。

　　承载网络：

　　水源井群远程监测中心采用ADSL等有线网络接入互联网。中心一般2M带宽即可以满足需求。具备固定的专网IP地址

　　现场各个井口/加压站通过4G无线网络连接，快速接入互联网。

　　中心与现场通过VPN技术建立数据传输隧道，从而保证数据传输的安全性。

　　4.3无线组网方案优势

 

　　基于水源井群远程监测系统，可获得满足以下特征的系统：

　　监控现场网络无人值守，4G无线工业路由器7*24小时在线。保证水源井群远程监测系统数据实时采集。

　　工业无线路由器具备链路自愈自恢复特性，保证水源井群远程监测系统数据传输的稳定性。

　　监控现场网络接入无需运营商布线，4G无线工业路由器通过遍布全球的4G/5G网络快速接入网络，具备快速组网、灵活组网、便于维护等特性。使得水源井群远程监测系统能够更加灵活扩展。

　　4G无线工业路由器无需另购开关电源，可通过PLC电源直接供电，尺寸小便于现场安装工作。

　　4G无线工业路由器集成多层次安全功能，用户无需另购其他网络安全设备。保证水源井群远程监测系统的数据传输安全性。

　　提高资源的利用率，监测中心维护人员可通过远程方式及时了解到各个井口的运行情况以及使用情况等信息，从而为资源的利用提供了宝贵的数据信息。

　　3.4工程所需设备列表

　　（1）每个水井井口/加压站/高位水池现场：

 

　　（2）井群远程监测中心：

 

　　（3）网络环境：

　　中心一般2M带宽即可以满足需求。具备固定的专网IP地址

　   ▋ 方案产品

　　ORB305无线路由器

 

　　DIN导轨安装，工业级无线路由器

　　ORB305无线路由器，是一款支持DIN导轨安装的工业无线路由器，采用3G高速无线网络作为数据承载网络，为远程设备和站点之间的联网提供安全高速的无线连接。无论身在何处，您的设备都可以借助3G/4G网络快速接入互联网。

　　ORB305无线路由器满足工业用户的需求，功耗低，操作温度可达-45℃~70℃，尺寸小，重量轻，支持DIN导轨安装，EMC指标严格，便于应用在严苛、狭小的工业环境中，是工业应用的理想选择。

　　ORB305无线路由器同时具有VPN功能，使设备数据在安全的IPSec隧道中传输，防止了数据被访问和篡改，提供了网络应用更高的安全性。

　　特点

　　高可靠性网络功能

　　采用高性能ARM9平台，快速接入3G/4G网络；

　　采用软硬件看门狗及多级链路检测机制，具备故障自动检测、自动恢复能力，保证设备稳定可靠运行；

　　远程和本地升级固件程序，且采用冗余备份的升级机制；

　　易用性

　　丰富的接口，赋予设备高扩展性；

　　支持WEB、TELNET、SSH等多种配置方式，且支持串口控制台，串口控制台接口采用RJ45接口，符合IEC 1000-4-2标准的要求；

　　支持配置导入导出功能，方便批量设备的配置工作；

　　支持软、硬件恢复出厂设置；

　　具备无线网络信号指示灯，分三级显示现场信号强度；

　　网络接口10M/100M自适应，交叉直连自适应；

　　支持DMZ；

　　支持DTU功能，赋予串口设备无线传输能力；

　　网络安全

　　虚拟专用网（VPN），支持基于标准IPSec的VPN服务，其中支持的加密方式包括DES、3DES、AES,数据验证方式包括MD5和SHA-1；

　　全状态包检测（SPI）和拒绝服务（DoS）攻击防范等防火墙安全性能，在决定什么样的数据包允许通过之前，SPI检测所有进入数据包的头部内容。过滤器能被设置成为基于MAC地址或IP地址；

　　采用合法的MAC地址，每台硬件设备的网卡MAC地址全球唯一，避免局域网内MAC地址冲突；

　　支持集中式网管的能力，可通过网管平台支持大量设备的集中管理、批量配置和升级功能；

　　针对工业应用的设计

　　工业化设计，产品外壳具有足够的机械强度和刚度，标准工业DIN导轨式安装，适用于工业机柜安装；

　　SIM卡采用翻盖式卡座，提供拆卸保护；

　　供电采用9~48VDC宽电压输入，连接头采用电源端子，具有防反接及防过流保护；

　　支持工业现场总线协议MODBUS等；

　　高可靠性

　　工作温度：-45℃~70℃，存储温度：-40℃~85℃；

　　湿度：5%~95%，无凝结；

　　IP30防护等级；

　　通过电力科学研究院的EMC检测及安全认证；

　　▋ 厂商介绍