CN111381553B - 一种基于vpn技术的设备及远程维护plc的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于VPN技术的设备及远程维护PLC的方法和系统。该基于VPN技术的设备具备快速部署的特性，即插即用，仅需现场人员告知技术人员设备ID编号和PLC的IP地址，技术人员配合远程客户端软件即可做到远程维护PLC；该设备无需配置，若现场局域网不具备接入以太网的能力，设备可接入运营商网路，与VPN服务器进行连接，建立虚拟隧道。本发明无需改变原有的网络环境，能够实现无缝接入，高效快速；无需复杂的配置即可自动连接，能够降低对现场人员的技术要求，简单方便；技术人员通过该方案，可实现快速排查问题，从而满足用户需求，解决用户痛点问题。

Description

一种基于VPN技术的设备及远程维护PLC的方法和系统
技术领域
本发明属于信息技术领域，具体涉及一种基于VPN技术的设备及利用该设备远程维护PLC的方法和系统。
背景技术
PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成。现在工业上使用的可编程逻辑控制器已经相当或接近于一台紧凑型电脑的主机，其在扩展性和可靠性方面的优势使其被广泛应用于目前的各类工业控制领域。
PLC因其编程可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单等诸多优点，在工业自动化控制方面发挥着巨大作用。并且随着计算机技术和通信技术的发展，PLC将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备。由于PLC被广泛应用于各种行业并且具有不同的使用环境，每个客户的PLC需要参数调整，都要派技术员去现场维护，有时可能只是很简单的设置，也需要派技术员去现场，路上花费两天时间，现场3-5分钟搞定，造成人力和时间上的极大浪费。用户对PLC产品维护的时效性要求越来越高，如何快速有效的解决客户的问题成了摆在客户面前的难题。
VPN(Virtual Private Network，虚拟专用网)是一种在公共数据网络的物理基础之上，建立起逻辑层面的专用加密数据传输隧道，从而实现面向组织内部的安全数据传输环境的技术。VPN是通过隧道技术、加密和认证技术确保数据安全性，从而利用不安全、不可信任的公共网络构建虚拟的专用网络，向用户提供专用网络所具有的功能，给用户一种直接连接到私人局域网感觉的服务。这种技术在油田、电力等类似的大型企业环境中比较多见，因其能够有效将不同地理工作区域的网络进行安全连通，而得到广泛认可。对于VPN技术而言，安全是其最为突出的技术特征，无论是隧道还是秘钥，其核心价值都在于对数据传输过程实现安全保护。此种技术能够实现不同子网之间的传输，也能够实现单一工作站端对子网之间的传输，相对而言比较灵活，极大地方便了企业内部的信息共享。
有了VPN技术，在出现PLC更改配置或出现故障等需要技术人员维护的情况时，在PLC和技术人员之间快速构建虚拟专用网络便于技术人员快速排查故障，因此，急需一种操作简单、快速高效的虚拟专用网设备，以解决PLC难以快速维护的痛点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于VPN技术的设备，及利用该设备快速高效的在PLC与技术人员之间构建VPN通道，实现技术人员对PLC远程维护的方法。
该设备具备快速部署的特性，即插即用，仅需现场人员告知技术人员设备ID编号和PLC的IP地址，技术人员配合远程客户端软件即可做到远程维护PLC；该设备无需配置，若现场局域网不具备接入以太网的能力，设备可接入运营商网路，与VPN服务器进行连接，建立虚拟隧道。
本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种基于VPN技术的设备，其包括：
WAN接口，用于连接至以太网；
无线通信模块，用于在现场局域网不具备接入以太网能力时，通过接入运营商网络连接至以太网；
WIFI模块，用于连接现场WLAN或者配合CPE设备连接至以太网；
LAN接口，用于直接连接PLC产品或接入PLC产品所连接的局域网交换机，以访问PLC产品；
MQTT客户端，用于连接至MQTT服务器并订阅配置信息；
VPN客户端，用于在所述MQTT客户端订阅到配置信息后，通过所述WAN接口、所述无线通信模块或所述WIFI模块与远端VPN服务器建立连接，并生成虚拟接口；
配置程序模块，用于将所述LAN接口自动与所述虚拟接口建立网桥进行桥接，并自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP。
进一步地，所述WAN接口支持DHCP或静态IP方式连接至以太网。
进一步地，所述无线通信模块支持2/3/4G无线通信。
进一步地，所述MQTT客户端连接至MQTT服务器并订阅主题TopicA，等待接收配置信息；所述配置信息是远程PLC维护端根据获取的设备ID和PLC的IP地址而生成的并向TopicA发布的配置信息。
进一步地，所述配置信息包括：所述配置信息包括：设备ID，VPN服务器IP或域名，端口号，用户名和密码，证书文件，以及PLC设备的IP地址。
第二方面，本发明提供一种远程维护PLC的方法，包括以下步骤：
1)启动本发明的基于VPN技术的设备，通过MQTT客户端自动连接至MQTT服务器并订阅主题TopicA，等待接收配置信息；
2)远程PLC维护端获取所述设备的ID和PLC的IP地址，生成相应配置信息，并向TopicA发布该配置信息。
3)所述设备订阅到配置信息后，自动启动内部的VPN客户端程序，通过所述WAN接口、所述无线通信模块或所述WIFI模块与远端VPN服务器建立连接，并在所述设备上生成虚拟接口；所述LAN接口自动与所述虚拟接口建立网桥进行桥接，所述设备自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP；
4)远程PLC维护端通过VPN客户端与VPN服务器建立连接，配置虚拟接口使其具有与PLC产品相同网段的IP，从而远程PLC维护端与所述设备成功构建虚拟专网，远程PLC维护端、所述设备和PLC产品组成一个虚拟的局域网，远程PLC维护端通过PLC产品相关工具远程配置、分析PLC故障，实现对PLC的维护。
第三方面，本发明提供一种远程维护PLC的系统，其包括VPN服务器、MQTT服务器、远程PLC维护端和本发明的基于VPN技术的设备；
所述基于VPN技术的设备上电后自动连接至所述MQTT服务器并订阅配置信息；
所述远程PLC维护端获取所述基于VPN技术的设备的ID和PLC的IP地址，生成所述配置信息，并发送至所述MQTT服务器；
所述基于VPN技术的设备订阅到配置信息后自动启动内部的VPN客户端程序，与所述VPN服务器建立连接，并生成虚拟接口；所述基于VPN技术的设备的LAN接口自动与所述虚拟接口建立网桥进行桥接，并自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP；
所述远程PLC维护端通过VPN客户端与所述VPN服务器建立连接，并配置虚拟接口使其具有与PLC产品相同网段的IP，从而远程PLC维护端与所述设备成功构建虚拟专网，远程PLC维护端、所述设备和PLC产品组成一个虚拟的局域网，供技术人员通过PLC产品相关工具远程配置、分析PLC故障，实现对PLC的维护。
进一步地，所述远程PLC维护端为PC端。
本发明的有益效果如下：
本发明关键技术点是所述的即插即用的VPN设备，以及快速高效的远程维护PLC的方法。本发明提供的VPN设备，无需改变原有的网络环境，实现无缝接入，即插即用；在现场网络无法接入以太网时，仍可通过接入运营商网络与远端OPENVPN服务器进行连接，高效快速；无需复杂的配置即可自动连接，降低对现场人员的技术要求，简单方便。技术人员通过该方案，可实现快速排查问题，完成用户需求，解决用户痛点问题，快速高效。
附图说明
图1为使用WAN接口接入以太网连接VPN服务器的示意图。
图2为使用无线通信模块连接运营商接入以太网并连接VPN服务器的示意图。
图3为利用基于VPN技术的设备远程维护PLC的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。
本发明提供一种基于VPN技术的设备，即插即用，提供多种接入以太网的接口，所述设备作为OPENVPN客户端与OPENVPN服务器进行连接。
所述设备具有一个WAN接口(广域网接口)，支持DHCP或静态IP方式将所述设备连接至以太网；一个LAN接口(局域网接口)，直接连接PLC产品或接入PLC产品所连接的局域网交换机，可直接访问PLC产品；一个无线通信模块，支持扩展2/3/4G无线模块，在现场局域网不具备接入以太网能力时，通过接入运营商网络将所述设备连接至以太网；支持扩展WIFI模块，连接现场WLAN或者配合CPE(Customer Premise Equipment，客户前置设备，实际是一种接收移动信号并以无线WIFI信号转发出来的的移动信号接入设备，它也是一种将高速4G或者5G信号转换成WiFi信号的设备)设备，将所述设备连接至以太网。图1为所述设备使用WAN接口接入以太网连接VPN服务器的示意图。图2为使用无线通信模块连接运营商接入以太网连接VPN服务器的示意图。
所述设备上电后将自动启动内部的MQTT客户端工具通过以太网与MQTT服务器建立连接，并订阅由设备ID等信息组成的主题TopicA，等待接收配置信息。MQTT(MessageQueuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)是ISO标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。
需要远程维护PLC的技术人员获取设备ID(用于识别设备身份，具有唯一性)和PLC的IP地址，生成相应配置信息，并向TopicA发布该配置信息。所述配置信息包括：设备ID、OPENVPN服务器IP或域名、端口号，用户名和密码，以及证书文件ca.crt(用于身份验证)，和PLC设备IP地址等信息。OPENVPN服务器IP或域名、端口号，用户名和密码，以及证书文件，是OPENVPN客户端与服务器建立连接所需要的必要信息；由OPENVPN服务器端创建用户，设置密码，提供证书文件ca.crt。
所述设备订阅到配置信息后，将自动启动内部的VPN客户端程序，与远端OPENVPN服务器建立连接，在设备端生成虚拟接口；然后，内部的配置程序将所述设备的LAN接口自动与虚拟接口建立网桥进行桥接，并自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP(与PLC产品不同IP)。
图3为利用所述设备远程维护PLC示意图。技术人员通过PC端的OPENVPN客户端程序(即图3中的“远程软件”)，与OPENVPN服务器建立连接，配置PC上的虚拟接口使其具有与PLC产品相同网段的IP(与PLC产品IP不同，且与所述设备网桥IP不同)。
此时，技术人员的PC与所述设备已成功构建虚拟专网，PC、所述设备和PLC产品组成一个虚拟的局域网。技术人员通过PLC产品相关工具远程配置、分析PLC故障，完成用户需求。
本发明另一实施例提供一种远程维护PLC的系统，其包括VPN服务器、MQTT服务器、远程PLC维护端和本发明的基于VPN技术的设备；
所述基于VPN技术的设备上电后自动连接至所述MQTT服务器并订阅配置信息；
所述远程PLC维护端获取所述基于VPN技术的设备的ID和PLC的IP地址，生成所述配置信息，并发送至所述MQTT服务器；
所述基于VPN技术的设备订阅到配置信息后自动启动内部的VPN客户端程序，与所述VPN服务器建立连接，并生成虚拟接口；所述基于VPN技术的设备的LAN接口自动与所述虚拟接口建立网桥进行桥接，并自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP；
所述远程PLC维护端通过VPN客户端与所述VPN服务器建立连接，并配置虚拟接口使其具有与PLC产品相同网段的IP，从而远程PLC维护端与所述设备成功构建虚拟专网，远程PLC维护端、所述设备和PLC产品组成一个虚拟的局域网，供技术人员通过PLC产品相关工具远程配置、分析PLC故障，实现对PLC的维护。
本发明未详细阐述的部分属于本领域技术人员的公知技术。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的原理和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (7)

1.一种远程维护PLC的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)启动基于VPN技术的设备，通过MQTT客户端自动连接至MQTT服务器并订阅主题TopicA，等待接收配置信息；
所述基于VPN技术的设备，包括：
WAN接口，用于连接至以太网；
无线通信模块，用于在现场局域网不具备接入以太网能力时，通过接入运营商网络连接至以太网；
WIFI模块，用于连接现场WLAN或者配合CPE设备连接至以太网；
LAN接口，用于直接连接PLC产品或接入PLC产品所连接的局域网交换机，以访问PLC产品；
MQTT客户端，用于连接至MQTT服务器并订阅配置信息；
VPN客户端，用于在所述MQTT客户端订阅到配置信息后，通过所述WAN接口、所述无线通信模块或所述WIFI模块与远端VPN服务器建立连接，并生成虚拟接口；
配置程序模块，用于将所述LAN接口自动与所述虚拟接口建立网桥进行桥接，并自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP；
2)远程PLC维护端获取所述设备的ID和PLC的IP地址，生成相应配置信息，并向TopicA发布该配置信息；
3)所述设备订阅到配置信息后，自动启动内部的VPN客户端程序，通过所述WAN接口、所述无线通信模块或所述WIFI模块与远端VPN服务器建立连接，并在所述设备上生成虚拟接口；所述LAN接口自动与所述虚拟接口建立网桥进行桥接，所述设备自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP；
4)远程PLC维护端通过VPN客户端与VPN服务器建立连接，配置虚拟接口使其具有与PLC产品相同网段的IP，从而远程PLC维护端与所述设备成功构建虚拟专网，远程PLC维护端、所述设备和PLC产品组成一个虚拟的局域网，远程PLC维护端通过PLC产品相关工具远程配置、分析PLC故障，实现对PLC的维护。
2.根据权利要求1所述的远程维护PLC的方法，其特征在于，所述WAN接口支持DHCP或静态IP方式连接至以太网。
3.根据权利要求1所述的远程维护PLC的方法，其特征在于，所述无线通信模块支持2/3/4G无线通信。
4.根据权利要求1所述的远程维护PLC的方法，其特征在于，所述MQTT客户端连接至MQTT服务器并订阅主题TopicA，等待接收配置信息；所述配置信息是远程PLC维护端根据获取的设备ID和PLC的IP地址而生成的并向TopicA发布的配置信息。
5.根据权利要求1所述的远程维护PLC的方法，其特征在于，所述配置信息包括：所述配置信息包括：设备ID，VPN服务器IP或域名，端口号，用户名和密码，证书文件，以及PLC设备的IP地址。
6.一种远程维护PLC的系统，其特征在于，包括VPN服务器、MQTT服务器、远程PLC维护端和基于VPN技术的设备；
所述基于VPN技术的设备，包括：
WAN接口，用于连接至以太网；
无线通信模块，用于在现场局域网不具备接入以太网能力时，通过接入运营商网络连接至以太网；
WIFI模块，用于连接现场WLAN或者配合CPE设备连接至以太网；
LAN接口，用于直接连接PLC产品或接入PLC产品所连接的局域网交换机，以访问PLC产品；
MQTT客户端，用于连接至MQTT服务器并订阅配置信息；
VPN客户端，用于在所述MQTT客户端订阅到配置信息后，通过所述WAN接口、所述无线通信模块或所述WIFI模块与远端VPN服务器建立连接，并生成虚拟接口；
配置程序模块，用于将所述LAN接口自动与所述虚拟接口建立网桥进行桥接，并自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP；
所述基于VPN技术的设备上电后自动连接至所述MQTT服务器并订阅配置信息；
所述远程PLC维护端获取所述基于VPN技术的设备的ID和PLC的IP地址，生成所述配置信息，并发送至所述MQTT服务器；
所述基于VPN技术的设备订阅到配置信息后自动启动内部的VPN客户端程序，与所述VPN服务器建立连接，并生成虚拟接口；所述基于VPN技术的设备的LAN接口自动与所述虚拟接口建立网桥进行桥接，并自动为网桥配置与PLC产品相同网段的IP；
所述远程PLC维护端通过VPN客户端与所述VPN服务器建立连接，并配置虚拟接口使其具有与PLC产品相同网段的IP，从而远程PLC维护端与所述设备成功构建虚拟专网，远程PLC维护端、所述设备和PLC产品组成一个虚拟的局域网，供技术人员通过PLC产品相关工具远程配置、分析PLC故障，实现对PLC的维护。
7.如权利要求6所述的远程维护PLC的系统，其特征在于，所述远程PLC维护端为PC端。
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