CN116700109A - 一种基于5g网络的控制系统及远程运维方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于设备状态检测技术、远程运维技术和网关管理系统技术领域，具体公开了一种基于5G网络的控制系统，其特征在于：包括控制系统PLC柜，所述控制系统PLC柜内安装一套摄像机和5G工业网关，通过以太网接入控制系统局域网络，所述在远程运维中心安装运维服务器和5G网络CPE，通过5G网络将现场的PLC系统、摄像机与运维服务器连接，便于运维系统采集PLC控制系统设备状态和运行画面、视频；比传统基于3G、4G程运维技术具有更高速率、更低时延和更大带宽的特点，能够更好满足远程运维对响应及时性和大数据通讯的要求。
Description
技术领域
本发明属于设备状态检测技术、远程运维技术和网关管理系统技术领域，具体涉及一种基于5G网络的控制系统及远程运维方法。
背景技术
目前，工业控制系统的应用越来越广泛，已经成为决定企业生产自动化程度的关键因素。控制系统设备能否稳定运行，将直接影响着企业的生产组织。由于控制系统可广泛应用于各种工业生产场景，造成控制系统安装呈现出分布相对分散、独立的特点。尤其是在集团性的生产工厂，控制系统的分布几乎遍布工厂的各个角落，通过有线网络搭建控制系统远程运维系统，有因涉及区域广、网络路由环境复杂，施工难度大、施工费用高、安全风险高等问题难以实施。如何快速响应、处理生产过程中出现的操作异常、设备故障也成为控制系统维护技术人员面临的难题。
传统的控制系统维护方式还需要人工到生产现场控制室、电磁站所，通过工程师站对控制系统设备状态进行诊断、维护。对于运维人员来说，一方面前往现场路途需要时间，导致故障维护响应及时性不高，时间较长；另一方面路途经过各种复杂、危险的工业生产场所也会带来较高的人身安全风险；如果区域较大，还需要分片区设置运维人员，大大浪费人力成本。传统维护方式已经不能满足运维人员的需求。
随着5G通讯技术发展，5G通讯高速率、低时延和大带宽的特点使5G工业应用场景也越来越广泛，也使通过5G通信技术搭建控制系统远程运维系统能够得以实现。
发明内容
针对传统控制系统运维存在的上述问题，为了提高运维效率、降低运维成本和运维人员作业风险，本发明的目的是设计一种基于5G网络的控制系统及远程运维方法，通过5G网关，将控制系统设备状态采集到远程运维中心进行监控、诊断，对出现的异常，在远程运维端及时进行干预和维护，实现对控制系统的远程运维，可有效提高运维人员工作效率，降低维护成本和维护人员安全风险。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于5G网络的控制系统，包括控制系统PLC柜，所述控制系统PLC柜内安装一套摄像机和5G工业网关，通过以太网接入控制系统局域网络，所述在远程运维中心安装运维服务器和5G网络CPE，通过5G网络将现场的PLC系统、摄像机与运维服务器连接，便于运维系统采集PLC控制系统设备状态和运行画面、视频。
优选的，所述5G工业网关可支持各类通用工业控制系统通信技术协议，可应用于各类PLC控制系统连接。
优选的，一种基于5G网络的控制系统的远程运维方法，包括以下步骤：
(1) 首先分别在需要进行远程运维的控制系统PLC柜内安装摄像机和5G工业网关，将摄像机和5G工业网关通过以太网接入控制系统工业局域网交换机；
(2) 在运维中心安装5G网络CPE和运维服务器，将5G网络CPE和运维服务器通过以太网连接，通过5G通讯网络将5G网络CPE和5G工业网关连接，建立运维服务器至摄像机、PLC系统2工程师站的通讯连接；
(3) 采用5G网络切片技术和工业网关白名单技术，将不同区域、工序控制系统划分成不同的访问区域，实现区域、工序间控制系统的网络隔离，确保网络访问安全；
(4) 其次通过PLC系统的自诊断技术和输入模块对系统中相关设备信息进行采集；通过摄像机对PLC系统的运行状态进行视频、画面采集；
(5) 5G工业网关对采集的数据进行打包压缩、加密，远程运维系统通过5G网络将采集到的设备状态信息、运行视频信息读取到运维服务器；
(6)运维系统对读取到的设备状态信息和运行视频、画面进行识别、分析和诊断，判断控制系统设备的实际状态；
(7)在运维系统编制运维监控画面，通过图像、数据展示设备状态、参数，对诊断出的设备异常信息生产维护指令和报警信息，提示维护人员进行维护；
(8) 步维护人员依据运维监控画面展示的设备状态，维护指令，对控制系统异常、故障实施远程维护处理或必要时到达现场进行维护处理；
(9)远程维护操作指令通过5G下达到末端PLC系统，对控制系统信号进行查询、强制、修改或重启等，消除系统故障、异常。
本发明的有益效果为：
1、比传统基于3G、4G程运维技术具有更高速率、更低时延和更大带宽的特点，能够更好满足远程运维对响应及时性和大数据通讯的要求。
2、比有线网络的远程运维技术具有容易实施、安装施工方便、施工风险小、工期短、施工费用低等特点。
3、系统兼容性、开放性和扩展性强，便于灵活应用于各种工业场景，也便于后期维护和调整。
4、系统包含主流西门子、罗克韦尔、施耐德、ABB等控制系统及其附属设施的设备的状态检测、诊断技术，PLC采集信号的分析技术，设备状态、信号识别准确率高，可有效识别诊断控制系统设备状态、信号。
5、系统硬件设备、设施均采用通用设备和技术，可有效节约系统建设费用、控制建设成本，也便于系统硬件设备设施的维护、替换。附图说明
图1 为基于5G网络的控制系统远程运维网络拓扑图。
图中：1—摄像机，2—PLC系统，3—工程师站，4—交换机，5—5G工业网关，6—5G网络基站，7—5G网络CPE，8—运维服务器
图2为5G网络远程运维系统设备状态检测维护流程图。
图中：S10—采集控制系统设备状态信息、录制控制系统设备运行画面，S20—发送设备状态信息、设备运行画面至远程运维处理服务器，S30—根据设备状态信息、运行画面，诊断、识别控制系统设备状态信息，S40—在运维监控画面展示设备状态，生成维护指令，S50—维护人员依据运维监控画面展示的设备状态，维护指令进行远程维护操作，S60—远程维护操作指令通过5G下达到末端PLC系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步解释：
如图1和2所示对本发明进行详细说明如下：
(1) 首先如图1所示，分别在需要进行远程运维的控制系统PLC柜内安装摄像机1和5G工业网关5，将摄像机1和5G工业网关5通过以太网接入控制系统工业局域网交换机4。
(2) 在运维中心安装5G网络CPE7和运维服务器8，将5G网络CPE7和运维服务器8通过以太网连接，通过5G通讯网络将5G网络CPE7和5G工业网关5连接，建立运维服务器8至摄像机1、PLC系统2、工程师站3的通讯连接。
(3) 采用5G网络切片技术和工业网关白名单技术，将不同区域、工序控制系统划分成不同的访问区域，实现区域、工序间控制系统的网络隔离，确保网络访问安全。
(4) 其次如图2所示，步骤S10，通过PLC系统2的自诊断技术和输入模块对系统中相关设备（电源、断路器、环境温度等）信息进行采集；通过摄像机1对PLC系统2的运行状态进行视频、画面采集。
(5) 步骤S20，5G工业网关5对采集的数据进行打包压缩、加密，远程运维系统通过5G网络将采集到的设备状态信息、运行视频信息读取到运维服务器8。
(6) 步骤S30，运维系统对读取到的设备状态信息和运行视频、画面进行识别、分析和诊断，判断控制系统设备的实际状态（正常或异常）。
(7) 步骤S40，在运维系统编制运维监控画面，通过图像、数据展示设备状态、参数，对诊断出的设备异常信息生产维护指令和报警信息，提示维护人员进行维护。
(8) 步骤S50，维护人员依据运维监控画面展示的设备状态，维护指令，对控制系统异常、故障实施远程维护处理或必要时到达现场进行维护处理。
(9) 步骤S60，远程维护操作指令通过5G下达到末端PLC系统，对控制系统信号进行查询、强制、修改或重启等，消除系统故障、异常。
Claims (3)
1.一种基于5G网络的控制系统，其特征在于：包括控制系统PLC柜，所述控制系统PLC柜内安装一套摄像机和5G工业网关，通过以太网接入控制系统局域网络，所述在远程运维中心安装运维服务器和5G网络CPE，通过5G网络将现场的PLC系统、摄像机与运维服务器连接，便于运维系统采集PLC控制系统设备状态和运行画面、视频。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的控制系统，其特征在于：所述5G工业网关可支持各类通用工业控制系统通信技术协议，可应用于各类PLC控制系统连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于5G网络的控制系统的远程运维方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 首先分别在需要进行远程运维的控制系统PLC柜内安装摄像机和5G工业网关，将摄像机和5G工业网关通过以太网接入控制系统工业局域网交换机；
(2) 在运维中心安装5G网络CPE和运维服务器，将5G网络CPE和运维服务器通过以太网连接，通过5G通讯网络将5G网络CPE和5G工业网关连接，建立运维服务器至摄像机、PLC系统2工程师站的通讯连接；
(3) 采用5G网络切片技术和工业网关白名单技术，将不同区域、工序控制系统划分成不同的访问区域，实现区域、工序间控制系统的网络隔离，确保网络访问安全；
(4) 其次通过PLC系统的自诊断技术和输入模块对系统中相关设备信息进行采集；通过摄像机对PLC系统的运行状态进行视频、画面采集；
(5) 5G工业网关对采集的数据进行打包压缩、加密，远程运维系统通过5G网络将采集到的设备状态信息、运行视频信息读取到运维服务器；
(6)运维系统对读取到的设备状态信息和运行视频、画面进行识别、分析和诊断，判断控制系统设备的实际状态；
(7)在运维系统编制运维监控画面，通过图像、数据展示设备状态、参数，对诊断出的设备异常信息生产维护指令和报警信息，提示维护人员进行维护；
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