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西门子工业无线局域网与远程通讯产品在智能变电站的应用

供稿:gorgensen 2013/8/30 12:56:02

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  • 关键词: IWLAN 远程通讯 SCALANCE
  • 摘要:依赖于西门子IWLAN与远程通讯技术,可以在智能变电站实现全方位的统一集中无线监控为变电站的运行维护提供了有利的工具,从而达到少人或无人值守。

西门子工业无线局域网与远程通讯产品在智能变电站的应用

 西门子(中国)有限公司    传感器与通信部    舒鹏


摘要: 依赖于西门子IWLAN与远程通讯技术,可以在智能变电站实现全方位的统一集中无线监控为变电站的运行维护提供了有利的工具,从而达到少人或无人值守

关键字: IWLAN, 远程通讯, SCALANCE

 

一、系统功能

智能变电站无线监控系统结合先进的IWLANInternet,联通UTMS网络HSDPA技术(  3.5G技术)对变电站实现全方位的统一集中无线监控。该系统实现对监控范围内的电源设备、空调设备和系统内分布的各个安防设备、动力设备及变电站内环境信息(包括设备温湿度数据及报警信号、水浸报警、烟雾浓度、UPS运行状态、蓄电池电量、空调风机状态、六氟化硫气体监测信息、室内监控视频数据、门禁信息等等)进行遥信、遥测、遥控。实时监测系统和设备的运行状态,记录和处理监控数据,及时侦测故障并通知维护人员处理,为变电站的运行维护提供了有利的工具,从而达到少人或无人值守。

 

二、系统架构

      核心思想是要将现场级厂房与设备跟后台主站建立高速稳定的网络连接,如图所示:

         1、如果某些监测站是跨区域甚至是跨城市的远程站,则需要与后台主站建立远程通讯;也就是借助于Internet以及联通3.5G网络的远程通讯。该方案的核心是SCALANCE S612 V3SCALANCE M875S612之间, 经由Internet和联通HSDPA网络,建立一个VPN通道。其中后台主站侧的SCALANCE S612经由DSL路由器接入Internet,远程的综合检测单元采用SCALANCE M875内置联通SIM卡接入HSDPA网络;换句话说, 这条VPN通道跨越了Internet与联通3.5G网络。而远程站中如果能接入有线网络;则同样采用S612而不是M875路由器,中控室的S612和该远程站的S612经过internet建立VPN通道。

VPN: 可以通过特殊的加密的通讯协议在连接在Internet(或其他公共网络上)上的位于不同地方的两个或多个网络设备之间建立一条专有的通讯线路,就好比是架设了一条专线一样,但是它并不需要在两者之间真正的去铺设专门的硬性物理线路。

HSDPAHigh Speed Downlink Packet Access)高速下行分组接入,是一种移动通信协议,就是我们俗称的3.5G(3½G)。该协议在WCDMA下行链路中提供分组数据业务,在一个5MHz载波上的传输速率可达8-10 Mbit/s(如采用MIMO技术,则可达20 Mbit/s)。

    通过西门子软件, 将一个SCALANCE S612同一个或多个(最多可128) SCALANCE M875建立VPN通道之后, 对上层而言,可以不考虑他们之间是什么链路,完全可以当成他们之间就是硬性的有一根网线。

而且由于是虚拟专线连接,可以完全隔绝外来的非法入侵。

2、对本地的现场设备或厂房而言,由于空间布局方面的原因,它们也很难直接和后台主站建立无线连接,需要在二者之间增加一个层级,相当于无线中转站。如方块2中所示的SCALANCE W786-2PRO,  它具有两个无线接口,两个无线接口可以同时并行的独立工作,其一个接口和后台主站的无线AP建立无线分布式连接(WDS),另一个接口覆盖现场的无线客户端或含WIFI接口的就地设备。相当于该W786-2PRO充当了无线中继点。

为了充分避免信号干扰,W786-2PRO的两个无线接口可以一个工作在802.11a模式,即5.8G频段;另一个接口工作在802.11g 模式,即2.4G频段。

另外,西门子SCALANCE W系列AP,单个AP可覆盖多达35个无线客户端;可以满足大范围的现场设备联网需求。

当然,针对有高清监控视频传输需求的现场设备或工作室而言,也可选用西门子SCALANCE W11n 系列产品,单个AP可支持450Mbps的传输带宽。

3、2中所示的无线中转站,其上联无线接口和下联无线接口出自于同一个AP设备,相应天线是通过馈线连到设备本体,考虑到馈线长度限制,如果某些综合检测单元上联天线和下联覆盖用天线难以安排在距离相近的位置,则在综合检测单元配备两台W786-1PRO;其中一台与挂在后台主站的W786-1PRO建立WDS或基础架构连接,另一台覆盖就地检测装置。

SCALANCE W 产品在可靠性、坚固性和安全性方面表现出众。通过工业无线局域网 (IWLAN) 基本技术,使得 IEEE 802.11 标准加以延伸,以符合工业领域用户的要求,尤其是对确定性响应和冗余性有较高要求的用户。通过该产品,用户将首次实现一种单一的无线网络即能用于对数据要求严格的过程应用 (例如报警信号发送) (IWLAN) 以及一般通讯应用 (WLAN),例如维修和诊断。

SCALANCE W 产品的主要优点在于其无线通道的可靠性、防水设计的 (IP65) 高能聚酯外壳,以及众所周知的 SIMATIC 产品的机械耐用性。为防止未授权访问,该产品提供有先进的用户识别 (鉴别) 和数据加密标准机制,并还可与现有安全系统很容易地进行集成。

 

三、方案中的主要设备:

     1SCALANCE W786-*PRO

                                            

坚固的抗冲击塑料外壳( 树脂玻璃型),即使在极端的机械负荷下,亦能实现耐冲击,抗振

高防护等级IP65,防尘,防喷射水流

使用环境温度-40˚C ~ +70˚C

无冷凝

可抵抗紫外线或盐水雾气

适用于户外应用及公用设施的结构与设计

多达6R-SMA接口,用于远程连接天线

配有1RJ45接口型,用于10/100 Mbit/s或以太网供电(IEEE 802.3a/f)

多模单纤型(BFOC)

148VDC 接口(冗余馈电),可采用24V DC 110230V AC供电,电源可集成在设备中

安装:壁装或使用可选安装套件:或S7-300标准导轨/35mm标准导轨/ 天线杆安装

 

        2SCALANCE M875

                                                        

  • UTMS路由器,支持HSDPA(3.5G)
  • 分集式天线,信号覆盖更为优化
  • 支持基于IPsecVPN通道传输,安全可靠
  • 含有两个10/100 Mbit/s 以太网端口

  • 宽温工作范围,-30~+75 
     

    3、                 SCALANCES612 V3
                                                   

  • 访问控制和保护,用于工业环境中的数据传输,只有经过鉴别和授权的设备之间才能进行通讯,数据传输加密 

        - 防止操作错误 

        - 防止未授权访问 

        - 防止故障和通讯过载 

        - 防止监听 
        - 防止被操控 

  • 最小化组态,操作简便,无需专门的IT 安全知识 
  • 可集成在现有网络中。无需修改或改变网络拓扑结构或重构网络节点。 
  • 通讯安全性与协议无关,即所有基于IP 的通讯协议(例如PROFINET、Interent/IP、Modbus TCP 等)以及第二层自动化协议都受到保护。 
  • 坚固的工业兼容设计,可适用于工业环境要求 
  • 无需编程器即可进行模板更换,所有信息都保存在可更换CPLUG 卡中(即使是用于IT 功能的文件系统)。 
  • 不管使用的什么协议,都能保证通讯安全性(例如PROFINET、 Interent/IP、MODBUS TCP、HTTP、FTP、NTP、ISO 等) 
  • 最小化组态,操作简便,无需专门的IT 安全知识 
  • 无需对现有网络结构、应用或站进行修改 
  • 模板更换无需编程器,使用C-PLUG 卡用于组态数据的备份(不在供货范围内) 

 


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