基于TCP/IP协议的工业控制网络远程数据通信网关的研究与实现

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随着计算机技术的发展,计算机应用到工业控制领域,促使工业控制技术不断发展。从上世纪50年代到现在,工业控制系统从最初的计算机集中控制系统(CCS)发展到了现在应用最广泛的网络控制系统(Networked Control System,NCS)。在网络控制系统之中,复杂的工业级计算机系统(如PLC、HMI、SOC等)都配备有网络接口。各设备通过网络接口传输内部数据,以达到统一的控制目的。但由于传统的工业控制系统一般被设计为仅在工业现场内使用,连接范围有限,不与因特网互联。其中的工业控制设备仅具备私有的IP地址。无法与远程的监控室进行通信,使其效率发挥较低,资源浪费较大。随着工业控制技术的发展,与外网隔绝的工业控制系统已不再满足我们的需要,在生产过程中要求我们实现现场控制网络与远程监控网络的通信,完成相关数据包的交换工作。随着工业控制网络的不断发展,我们已不再满足于在工业控制现场对工业设备进行监控,需要对工业设备进行远程监控。例如对变电站进行远程监控,或对堤坝进行远程灾难监控,这都需要扩大现如今工业控制网络的覆盖范围,使得技术人员可以在移动过程中或远程的中央控制室及时掌握远程现场情况,进行故障分析和处理。这就要求工业控制网络与远程监控网络能够穿越Internet进行通信。本课题来源于昆明中铁集团的捣固车项目,该项目要求技术人员无须到现场,在远程的中央控制室便可监控捣固车内部各部件的运行状态。及时排除捣固车出现的运行故障。针对以上情况,我们设计一种适用于工业控制网络的网关,该网关放置于工业控制网络中后,无需对工控设备做任何改造或配置,便可完成数据包的转发工作。且该网关不依赖任何硬件环境和软件环境,适用于各种SCADA系统,具有较强的适用性。我们利用该网关监控工业现场的工业设备,转发远程监控主机与现场工业设备之间的信息包,并阻断非信任数据,报告异常事件。以解决远程监控网络与工业控制网络穿越Internet网络进行远程数据通信的问题。本课题的研究重点是:1、研究工业控制网络的发展与拓扑结构,及其信息网络的区别,分析国内外关于工业控制网络与监控网络进行远程通信的研究现状,及现有的各种产品的优缺点。2、设计一P2P结构的VPN网络,在捣固车内部与远程的中央控制室之间构建一VPN网关。3、完成网关的数据传输功能,优化网络通信机制。保证工业控制网络对数据传输的特殊要求。4、对现场控制网络中的节点进行管理,实时监测各节点状态。注册新节点,注销失效节点。
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