1、引言
　　
　　本實驗室主要是由于職業(yè)教育的特點出發(fā)，針對校內(nèi)（學(xué)生）和校外（在職深造的從業(yè)人員）的培訓(xùn)，提供了遠程PLC技術(shù)訓(xùn)練教學(xué)實驗功能。項目結(jié)合賽遠通訊模塊，實現(xiàn)了遠程訪問西門子plc的要求。項目還有助于解決工業(yè)數(shù)據(jù)在公共網(wǎng)絡(luò)上的安全傳輸難題。
　　
　　2、解決方案
　　
　　搭建的本實驗室平臺，可以在遠程的計算機上進行編程，然后接入到在深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院*工業(yè)中心的plc實驗室，進行程序的遠程上下載，并通過編程軟件在線的進行診斷和在線修正，還可以通過攝像頭實時觀察到plc和機械手的工作效果。
　　
　　本項目的核心技術(shù)是通過兩端的深圳賽遠公司遠程安全通訊模塊sy-rscm（圖1），內(nèi)置s-link安全連接協(xié)議建立遠端和本地plc之間的虛擬局域網(wǎng)vlan通道，在連接plc的實驗室這端，并不需要計算機，另外，本實驗室系統(tǒng)的特點是，不需要某一端進行ip固定。因為現(xiàn)在處于*4的階段，ip地址資源十分緊缺，ip固定需要代價*，等升級到了*6的時候，固定ip就簡單而省成本。
　　
　　項目中采用了西門子自動化和驅(qū)動部門的S7-200和s7-1200小型PLC各一套，s7-200選用的是具有兩個通訊接口的s7-224xp，其本身沒有以太網(wǎng)接口，增加了一個cp243-1的以太網(wǎng)模塊，plc控制的是兩個氣動機械手的演示裝置，并且采用了西門子的觸摸屏ktp-178。
　　
　　3、控制系統(tǒng)構(gòu)成
　　
　　實驗室的平臺搭建，主要由西門子的plc，受控對象，現(xiàn)場的攝像頭，遠程通訊模塊，和遠程這端的訪問計算機成。
　　
　　3.1系統(tǒng)的主要元器件和功能
　　
　?。?）受控對象：氣動機械手，分別采用西門子s7-200和支持工業(yè)實時以太網(wǎng)（profinet）的s7-1200plc。通過plc的以太網(wǎng)通訊接口，完成遠端計算機機對整個系統(tǒng)的管理和操控，實時數(shù)據(jù)采集、診斷和上下載編程等操作［1］。
　　
　?。?）攝像頭：分配ip后，通過以太網(wǎng)接口連接到遠程通訊模塊，對現(xiàn)場進行遠程監(jiān)視；攝像頭采用了具有以太網(wǎng)接口的攝像頭，其本身還帶有無線的wifi功能，在遠程通訊模塊上加入一個wifi模塊，攝像頭將可以實現(xiàn)無線視頻的傳輸。
　　
　?。?）遠程通訊模塊：采用賽遠公司sy-rscm300遠程安全通訊模塊。該模塊具有交換、路由、防火墻、安全網(wǎng)關(guān)和vlan等功能，vlan虛擬網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)能力的工業(yè)等級的安全通訊模塊，可以實現(xiàn)100m工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換傳輸。sy-rscm300遠程安全通訊模塊用以建立可編程控制器、攝像頭等設(shè)備與遠程主機之間的虛擬網(wǎng)絡(luò)（vlan）通道［2］。
　　
　?。?）管理計算機：裝有windowsxp操作系統(tǒng)、西門子plc編程軟件。
　　
　　（5）遠程的訪問計算機需要具有能上網(wǎng)的條件，并且通過遠程通訊模塊sy-rscm接入到本實驗系統(tǒng)。
　　
　　網(wǎng)絡(luò)還可由多臺管理計算機和服務(wù)器同時對多個遠程通訊模塊下的可編程控制器等進行訪問。同時，在每個遠程通訊模塊下，可以根據(jù)需要，搭建無線以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無法布線區(qū)域的無線連接。對于plc，本實驗室主要是采用具有*通訊能力的zui小型西門子plc，但是不局限于s7-200等系列的小型plc，對于具有以太網(wǎng)或者實時以太網(wǎng)接口的中大型PLC一樣適用。
　　
　　由于系統(tǒng)要求在訪問的計算機客戶端增加遠程通訊模塊sy-rsc，從安全性的角度方面來看，硬件的認(rèn)證和防火墻是具有較高等級的一種措施，十分有必要。但是，從經(jīng)濟角度看，讓每個訪問者增加一個設(shè)備，增加的開支與節(jié)省受訓(xùn)者的成本和提高整體的效率相違背。所以，賽遠根據(jù)這樣的客戶要求，開發(fā)了具有安全接入的軟件平臺，只要在遠程計算機上安裝有sy-rcs遠程接入軟件，不需要遠程通訊模塊sy-rscm也可以進行接入
　　
　　和傳統(tǒng)的遠程接入方案比較，賽遠的接入方式支持了多種zui為流行的寬帶接入方式，如xdsl、3g等。對于固定的實驗室，有線的寬帶方式是較好的途徑，而對于不便于接線的遠端或者實驗室端（有些實驗室的端口不便于開放到外面，所以也需要重新搭建上網(wǎng)通道），可以采用的3g技術(shù)，
　　
　　3.2控制系統(tǒng)訓(xùn)練功能設(shè)計
　　
　?。?）在可以上網(wǎng)的任何地點，在裝有編程軟件的機子上，可以對PLC進行遠程的上下載程序，在線診斷；
　　
　　（2）通過現(xiàn)場攝像頭在線視頻實時查看plc的運行狀態(tài)；
　　
　?。?）實現(xiàn)遠程控制，可直接通過編程軟件對plc進行的任何參數(shù)和程序的改變；
　　
　　（4）對于實驗室的遠程仿真實訓(xùn)，開辟了一個全新的實訓(xùn)模式，提高了實訓(xùn)的整體效率。
　　
　　3.3項目難點
　　
　　本項目中，主要的難點在于如何將本端plc的數(shù)據(jù)傳到另外一個固定的遠端的設(shè)備，通過常規(guī)的方式，如果某一端如服務(wù)器端固定ip，客戶端找固定ip將十分容易。而兩端都是動態(tài)變化的ip，則必須通過一個ip解析服務(wù)器進行ip解析，本方案中，ip連接著一個域名，域名解析的工作由賽遠專門搭建的域名解析工作站完成，沒有使用免費的ip解析，主要是考慮解析工作的穩(wěn)定性。
　　
　　對于其中的plc搭建，采用的是原來的氣動機械手里面的控制器，加裝了以太網(wǎng)接口模塊，調(diào)試過程中，需要將ip地址進行統(tǒng)一規(guī)劃，如在plc端，采用的網(wǎng)關(guān)為192.168.0.1，所以，plc的地址，攝像頭的地址都要處于該網(wǎng)段。
　　
　　此外，對于數(shù)據(jù)的安全方面，本實驗室項目中，通過公共的internet網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)都可能存在一些安全的問題，所以，賽遠的網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)，遵循了標(biāo)準(zhǔn)，并加入了具有賽遠特色的加密方式，在兩端的網(wǎng)絡(luò)安全通訊模塊中加入了s-link安全連接密鑰，這是一個私鑰，128位加密，對于網(wǎng)絡(luò)的安全來說，具有穩(wěn)定、可靠和安全。
　　
　　3.4安全設(shè)計
　　
　　由于是工業(yè)自動化系統(tǒng)的遠程通訊，因此數(shù)據(jù)傳送中的安全保障是非常重要的，本文采用了以下幾種方法進行數(shù)據(jù)安全處理［3］：
　　
　?。?）通過虛擬網(wǎng)絡(luò)（vlan）過濾和檢查數(shù)據(jù)通訊；
　　
　?。?）在受保護的自動化單元中進行分段。遠程通訊模塊具有防火墻功能，用于保護網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。一組受保護的設(shè)備構(gòu)成一個受保護的自動化單元，只有來自同一組的安全通訊模塊或它們正在保護的設(shè)備才可互相交換數(shù)據(jù)；
　　
　?。?）節(jié)點的認(rèn)證（標(biāo)識），使用認(rèn)證過程在安全（加密）通道上互相標(biāo)識，因此，未經(jīng)*的實體無法訪問受保護的網(wǎng)段；
　　
　?。?）對數(shù)據(jù)通訊進行加密，通過對數(shù)據(jù)通訊進行加密來確保數(shù)據(jù)的機密性，為每個安全通訊模塊提供一個包含加密密鑰的vlan證書。
　　
　　本系統(tǒng)采用的s-link網(wǎng)絡(luò)安全傳輸協(xié)議，是數(shù)據(jù)安全的zui重要的一個環(huán)節(jié)，s-link通過軟件的加密形式，對ip報文封裝，以實現(xiàn)tcp/ip網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的安全傳送。s-link屬于osi模型的第三層協(xié)議即網(wǎng)絡(luò)層，相對第二層協(xié)議，提供了認(rèn)證、加密，包括對控制報文和傳輸中的數(shù)據(jù)加密，是一種完整的安*方案［4］。s-link安全體系結(jié)構(gòu)如圖7所示。
　　
　　s-link安全體系結(jié)構(gòu)綜合了密碼技術(shù)和協(xié)議安全機制，s-link協(xié)議的設(shè)計目標(biāo)是在*4環(huán)境中為網(wǎng)絡(luò)層流量提供靈活的安全服務(wù)。其提供的安全服務(wù)包括：訪問控制、無連接完整性、數(shù)據(jù)源鑒別、重傳攻擊保護、機密性、有限的流量保密等。s-link協(xié)議主要內(nèi)容包括：協(xié)議框架－rfc2401；安全協(xié)議：ah協(xié)議－rfc2402、esp協(xié)議－rfc2406。
　　
　　4、結(jié)束語
　　
　　本實驗室平臺自搭建以來，已經(jīng)開放給了校外學(xué)生使用，一直穩(wěn)定運行，收到了諸多學(xué)生以及來校參觀者的好評，而本實驗室采用的安全通訊技術(shù)的系統(tǒng)也即將參加第十二屆*產(chǎn)品交易會，屆時將通過3g網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場演示訪問西門子的plc操作。
　　
　　在實驗室的搭建過程中，對于西門子的自動化產(chǎn)品，一直是以穩(wěn)定著稱，而且在通訊方面十分的方便，用戶無需高深的計算機水平，即可完成通訊。搭建過程中，為了建立虛擬通道而專門開發(fā)的s-link，是賽遠為了增強安全性而特殊定制的，這個是本系統(tǒng)的zui難的地方。在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊方面，西門子提倡的是一網(wǎng)到底，profinet取代Profibus也是大勢所趨，綜合來說，歐美的產(chǎn)品通訊能力強過日系的品牌，賽遠的通訊接入模塊和軟件則是西門子的產(chǎn)品的一個有益補充。現(xiàn)在的設(shè)備或者系統(tǒng)安裝在用戶，作為本實驗室所采用的遠程技術(shù)，也一樣可以用于設(shè)備或系統(tǒng)的遠程在線訪問和調(diào)試，對于傳統(tǒng)的售后服務(wù)方式來說，節(jié)省時間、人力成本，減少停機時間，提高快速響應(yīng)能力，預(yù)先的投入將發(fā)揮出巨大的效益。