摘要：应用PLC工业现场总线 技术、Internet网络传输技术和密钥安全通讯技术，通过赛远自动化的工业远程安全通讯模块SY-RSCM将分布在全球各地的港机和港机设备制造商的技术总部，连接为统一的全球工业远程保障中心网络，实现了港机的设备全生命周期的管理，包括安装、预警、调试、维护、升级全过程的精确控制、智能诊断、实时监控和生产的高效管理。本文通过港机的行业状况，港机远程的需求分析，远程系统的软件和硬件设计，介绍了赛远的工业远程通讯系统实现港机的远程控制的整个过程
关键词：工业PLC远程通讯 远程诊断和维护 港机
Abstract：
This paper proposed the application of PLC industrial field bus technology, Internet technology and network communication and Encryption technology,Through Futurelooks ‘s industrial remote communication module SY-RSCM, Connected the around world port machinery and port machinery equipment manufacturer‘s technical headquarters to a unified global network of industrial remote support centers. Achieve the full life cycle management of port machinery equipment, including installation, warning, debug, maintainence, upgrade the whole process of precise control, intelligent diagnostics, real-time monitoring and production of efficient management. This paper analysis the branch information of port machinery, the machine remote requirements, the system design of remote system software and hardware, introduces Futurelooks ‘s industrial remote communications systems to achieve remote control of the machine process.
Keywords: Industrial PLC remote communication Remote diagnostics and maintenance Port machinery
1. 引言
过去五年，我国的港口集装箱吞吐量年平均增长率为27.8%；沿海港口集装箱泊位年平均增长率为18.7%；沿海港口的集装箱泊位由2001年的86个提高到2006年的200个，增长了133%。尤其是2003-2004年我国的港口建设进入高峰期，沿海港口固定资产投资额增长率达到了85%和66%，国内需求对振华港机岸桥销量的贡献率在2003年、2004年达到了67%和55%。按照规划，“十一五”期间我国长江三角洲在建和新增的集装箱泊位为75个，珠江三角洲为54个，渤海湾为64个，共计193个，年均新增泊位38个，数量仍超过十五期间，但是由于基数增大，增长率将放缓。因此，虽然未来三年，中国港口机械需求旺盛，但增长率将趋于平稳，对振华港机总产量贡献也将稳定在40%左右，需求主要来自于中国港口建设需求、世界新兴市场需求、成熟市场的新产品更新需求，因此预计未来三年公司的港口机械销售规模仍有望保持在20-25亿美元。
在1995至2005年间全球港口集装箱吞吐量翻了三倍达到3.98亿TEU，据产业研究机构OneStone Consulting Group估计，2006—2010年间全球港口集装箱吞吐量将保持每年平均9.4%的复合增长达到6.25亿TEU。全球约90%的国际贸易涉及海上运输，海运中的集装箱化率已经超过三分之二。世界经济的增长及国际贸易集装箱化率的提高拉动了全球集装箱专用码头建设，从来也拉动了世界港口机械需求强劲增长。根据世界研究机构“OneStone Consulting Group”的估计，在2006-2010年期间，遍布全球85个国家的港口运营当局将有超过260个项目将于港口投资建设，其中购置岸桥的支出更将达到92亿美元，平均年需求在20亿美元左右。
2. 港机设备的全生命周期的远程需求
港机在过去十几年，发展得最快的是中国的振华港机，振华港机是全世界集装箱机械生产规模最大的企业，并被世界港口用户视为最有实力、最有竞争力、交货最准时的集装箱机械供应商。根据英国权威杂志《World cargo news》的统计，自1998年起振华港机产品已连续8年占据全球集装箱起重机订单排名的第一位，2004年公司岸边集装箱起重机和龙门起重机的世界市场占有率分别为55%和50%；2005年国际市场份额分别为67%和50%；2006年国际市场份额分别为67%和50%。公司作为世界港口机械龙头公司，引领着世界港口机械的发展潮流，全自动化、高效率和环保是未来世界港口建设及设备更新的趋势，公司成功开
发40英尺集装箱起重机、三40英尺集装箱起重机、绿色场桥(RTG)并将GPS技术应用在在RTG上。公司拥有20艘运输港口机械产品的专用船舶——这是它独特的竞争优势之所在。
对于港机需求的高速增长，各大控制系统公司纷纷提供相对应的产品，并提供相对应的港机系统解决方案，具有控制系统和传动系统的产品的公司由于集成性高，获得了港机设备制造商的青睐。随着合作的不断深入，产品供应商也专门成立了对应的团队配合港机系统的开发、调试和维护，如西门子、ABB、安川、艾默生等公司的港机整体解决方案团队。
各大著名的国际控制系统厂家提供的产品和系统，由于制造和安装、维护的过程中，调试周期较长，而且港机系统需要的是一个综合性的电气自控、传动、IT软件多行业的综合体，需要一个团队进行综合调试和诊断，带来了人力资源的大量缺乏的问题，而远程诊断大部分存在传统的拨号方式，速度慢或者信息不安全的问题，对于远程实现上述的功能十分迫切。
2.1 初期远程安装的需求
初期，港机设备到现场安装，设备的调试由于上位机、PLC、变频器等的现场指导施工均需要对应的专业的工程师，而且港机的系统较大，设备的整体安装周期较长，导致调试的周期很长，将占用大量的工程师的非调试时间，直接影响系统提供商或者设备制造商的工程师的资源。
远程系统的实现，将可以帮助前期的时候，委派团队中的一个工程师负责现场，而其他工程师通过远程进行初期的安装指导和初步调试。
2.2 日常的远程故障诊断和维护
控制系统包含了上位机、PLC、工程型变频器，发生故障的时候，核心的不仅仅是中小型设备上的PLC，诊断需要综合性的进行，包括上位机、PLC、工程型变频器，而这些系统所采用的上位机工具软件都是不同的，带上工具到了现场，可以进行诊断，但发生故障时，如果要等远方的维护工程师到现场，时间越久，将可能带来物品安全和人身安全事故的可能性越大，所以进行远程诊断和维护的需求性特别紧迫。而远程诊断，一定要和到现场的工程师所能做的一样，如深入到PLC程序在线，变频器参数显示和控制，上位机的实时组态和诊断。
2.3 系统预警需求
通过对控制系统数据实时采集进行分析处理，判断系统运行情况，记录系统实时数据。当系统根据采集数据分析判断设备故障时，控制器自动运行保护程序，发出声光报警信号并生成报表，并通过远程安全通讯系统传输至远方中控系统。当技术人员排除现场设备故障后，控制器根据操作人员操作信号，自动恢复系统运行。目前先进的控制系统可以根据系统故障级别和分类，将故障信息分类发送到各个部门。
预警的重大作用在于远程中控这边的不断完善的智能分析系统，对现场的港机设备的重要参数进行采集之后，可以通过智能算法和经验进行分析，对系统的安全隐患等进行预警，及时修复，避免安全隐患成为严重的安全事故。
2.4 远程升级的需求
设备的使用，随着技术的不断发展和用户需求的变化，升级或者改变是必须的，因为设备投入动辄以千万计算，所以设备的使用寿命和周期都是较长的，如果某些功能不能满足要求了，将需要进行升级服务，硬件的升级需要到现场进行更换，随着控制系统的智能化程度越来越高，软件进行功能升级也已经成为了一种常见的升级方式。
如何实现远程的软件升级，在运行保障中心即可实现远程的连接，进行升级，节省大量的人力差旅成本，提出了远程通讯的需求。
2.5 远程诊断和维护，安全通讯的需求
实现远程通讯，如果是非法访问，也会带来一些安全隐患，对于远程通讯的需求，需要的是一个安全的通讯系统，远程必然会经过公共网络，在公网上传输的时候，如何确保工业数据的安全性、完整性、解析准确性，是对于远程系统的整体需求。
3. 远程安全通讯系统硬件设计
远程安全通讯系统，针对现场的设备，为了达到工程师在远程运行保障中心即可实现到现场的程序实时在线诊断、实时观察现场动作的需求，系统拓扑图如下：
现场的港机设备，可以通过有线或者码头的WIFI覆盖系统上到internet公网，也可以是单独上3G网络，通过无线上网的方式，连接到运行保障中心。
中大型的运行保障中心的配置举例如下：
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序号
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内容
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型号
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数量
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1
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远程安全通讯模块
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SY-RSCM500
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1
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2
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工业电脑
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IPC
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10
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3
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服务器-冗余
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Server-R
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2
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4
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投影仪、模拟显示屏
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Hitachi-HCP-2250X、SIMU
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2+2
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5
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计算机房
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200平米
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1
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6
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10M宽带
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电信光纤
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1
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7
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3G移动通讯设备
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SY-3G
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2
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8
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24小时值守工程师
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Engineer
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10
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9
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MES&ERP管理软件
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MES&ERP
|
1
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现场端如果是通过3G上网，连接的是具有Profinet的西门子的S7-400和Simotion的伺服，则需要配置如下：
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序号
|
内容
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型号
|
数量
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|
1
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远程安全通讯模块
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SY-RSCM300
|
1
|
|
2
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3G移动通讯设备
|
SY-3G
|
1
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|
3
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摄像头
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SY-CMR
|
1
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该配置，对于港机可以同时连接1000台进行实时在线诊断、预警、维护、升级等工作，最大化的节省每一次故障或者调试需要团队去现场的大量成本，实现当下的信息化，真正实现物联网的智能化、网络化，实现数据存储由远端中央服务器执行的云计算化，将传统的工控和IT互联网真正的工业化和信息化的融合。
4. 安全通讯系统软件设计
在该安全通讯系统中，SY-RSCM的软硬件设计，实现了工业协议进行解析、加密和路由、交换、防火墙等功能，通过公网传输的时候，赛远的专用S-Link协议，是专用于传输工业数据的一个稳定、安全的私钥协议。在运行保障中心，通过SY-RSCM进行核对和验证，再进行准确的安全的解包，传递给目标对象。
在运行保障中心，对于现场的设备实现数据采集、控制，数据历史存储，历史曲线等常规的组态软件功能之外，还应该有一套制造执行系统MES，连接工业数据进行分析之后，要传输给制造商的企业资源管理系统ERP，进行数据对接，并未完成数据的系统分析，如预警等功能。该MES软件通常由制造商提出具体需求，再进行具体的分析，进行定制化的服务。
通过该系统，实现的是针对港机设备的全生命周期的远程管理：安装、预警、调试、故障诊断、升级。
5. 赛远远程安全通讯系统显著特点
赛远的工业远程安全通讯，完全是自主创新的通讯系统，不同于市面上的MODEM拨号、GPRS等低速连接系统，不同于现场需要电脑进行远程桌面的方式，不同于固定IP查找对方的方式，具有如下显著的特点：
ü 工程师实时分钟级的响应，实时运行保障；
ü 全球internet覆盖支持，支持ADSL，VDSL，3G等方式；
ü 支持各种工业以太网协议，如Profinet，Ethercat，Ethernet/IP，MODBUS TCP；
ü 现场视频和工业数据一起传输；
ü PLC程序级控制，数据OPC采集；
ü 数据实时双向传输；
ü 架设和配置简单，高效；
ü 最新的赛远专利安全通讯技术，数据安全和稳定；
ü 两端均不需要固定IP，数据直接点对点连接，无需经过第三方服务器。
6. 结束语
基于PLC、上位机、变频器等设备组成的港机控制和传动工业网络系统，很好的满足了港机的整体联动和智能化的需求。通过赛远的具有最新专利工业安全通讯技术的工业远程系统，在国内领先的港机制造商的港机设备里，实现了港机的远程采集与集中监控功能，大大降低了安装、调试、维护、预警成本，并通过该系统建立了港机设备的全生命周期管理系统，在21世纪，从过去的制造产生利润，转型为设计和服务产生利润，是一个信息化、智能化、网络化、云计算化带来的巨大转变，目前该系统随着港机的配套，在国内外均运行效果良好。
参考文献：
[1] 孙柏林，自动化的十大趋势技术，《自动化技术与应用》，2011.3
[2] 王明生, 基于3G的工业远程监视系统，新疆电力技术, pp11, 1. 2010.
[3] 崔坚, Siemens Industrial Network Communications Guide (Ⅱ),中国机械出版社, PP87-90, 2005.6.
[4] Remote Security Communication Module SY－－RSCM Manuals, pp14-16, 2010.3.
[5] SIMATIC PROFINET System Manual, Siemens AG, pp46-48, October 2006
[6] 乔晓琳, IPSEC的应用研究,计算机知识和技术,Vol 6, pp1072—1074,2010.2.