CN215734310U - 一种设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，包括监控平台计算机，监控平台计算机由通讯模块通过有线或无线连接方式分别与智能网关交换机A、监控幕墙及个人监视终端连接，智能网关交换机A上的VLAN端口通过光纤和光纤收发器A与设置在转运站内的光纤收发器B连接，光纤收发器B通过光纤与无线网桥A连接，无线网桥A通过无线通讯网络至少与无线网桥B连接，无线网桥B通过光纤与智能网关交换机B上的上的VLAN端口连接，智能网关交换机B上的VLAN端口还与第一工作现场内的PLC控制器及监控摄像机连接；智能网关交换机A上的VLAN端口通过数据线与系统总PLC控制器、系统总管理服务器、系统皮带机流程控制操作终端连接。

Description

一种设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统

技术领域

本实用新型涉及无线通讯技术领域，具体涉及一种设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，且能够通过该通讯系统对港口码头设备进行实时控制与监控。

背景技术

目前港码头斗轮机系统用三合一高压柔性电缆中的多条光纤来与地面控制系统通讯与监控系统图像，一旦三合一高压柔性电缆内光缆故障，会造成通讯中断设备无法运行，鉴于此更换电缆成本较高，而电缆除光纤损坏外其它部分能用，一般企业不会更换高价值的电缆，而会进行技术改造，采用其它替代方案来通讯。经市场调研，多个专业厂家给出过多个通讯改造方案，但普遍存在改造价格高，改造周期长，增加机械设备多而复杂，专用无线设备通用性能差，不易维修等诸多问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种成本低、可靠性高的技术方案，采用市场上易购质优价廉的网络及无线设备，利用计算机网络技术进行组合，采用工业以太网，组成了无缝切换的冗余无线通讯系统，实现控制网络与监控网络同时传输并可靠隔离，从而达到专业级无线通讯设备的可靠性，并可无限接近原光纤通讯性能的一种设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，所述系统包括监控平台计算机，监控平台计算机由通讯模块通过有线或无线连接方式分别与智能网关交换机A、监控幕墙及个人监视终端连接，智能网关交换机A上的VLAN端口通过光纤和光纤收发器A与设置在转运站内的光纤收发器B连接，光纤收发器B通过光纤与无线网桥A连接，无线网桥A通过无线通讯网络至少与无线网桥B连接，无线网桥B通过光纤与智能网关交换机B上的VLAN端口连接，智能网关交换机B上的上的VLAN端口还与第一工作现场内的PLC控制器及监控摄像机连接；智能网关交换机A上的VLAN端口通过数据线与系统总PLC控制器、系统总管理服务器、系统皮带机流程控制操作终端连接。

采用冗余通讯，在通讯工程当中，冗余指在出于系统安全和可靠性等方面的考虑，人为地对一些关键部件或功能进行重复的配置，当系统发生故障时，如某一设备发生损坏，冗余配置的部件可以作为备援，及时介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间，本实用新型优选的技术方案是，所述无线网桥A与无线网桥B至少分别设有两条相互隔离的通讯线路组成冗余通讯且与链路汇聚配合。

采用冗余通讯，在通讯工程当中，冗余指在出于系统安全和可靠性等方面的考虑，人为地对一些关键部件或功能进行重复的配置，当系统发生故障时，如某一设备发生损坏，冗余配置的部件可以作为备援，及时介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间，本实用新型优选的技术方案还有，所述两条互隔离的通讯线路组分别为2.4G无线网桥和5.8G无线网桥。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，优选的技术方案还有，所述智能网关交换机A上的VLAN端口为24端口，所述智能网关交换机B上的VLAN端口为8端口。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，优选的技术方案还有，所述系统包括有彼此相互隔离开的中控室、转运站和多个工作现场。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，优选的技术方案还有，所述监控平台计算机、智能网关交换机A、监控幕墙、系统总PLC控制器、系统总管理服务器、系统皮带机流程控制操作终端分别被安装在中控室内。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，优选的技术方案还有，所述光纤收发器B通过光纤与无线网桥A被安装在中转站内。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，优选的技术方案还有，所述无线网桥B通过光纤、智能网关交换机B、第一工作现场内的PLC控制器及监控摄像机被安装在第一工作现场内。

优选的技术方案还有，所述智能网关交换机A和/或智能网关交换机B选用水星SG10X Pro系列全千兆智能网管型交换机为通讯设备。

优选的技术方案还有，所述无线网桥A和/或无线网桥B选用水星CPE MWB505+CPEMWB201网桥套装。

本实用新型的优点和有益效果在于：该设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统具有成本低、可靠性高的技术方案，采用市场上易购质优价廉的网络及无线设备，利用计算机网络技术进行组合，采用工业以太网，组成了无缝切换的冗余无线通讯系统，实现控制网络与监控网络同时传输并可靠隔离，从而达到专业级无线通讯设备的可靠性，并可无限接近原光纤通讯性能等特点。

附图说明

图1是本实用新型设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统图。

图中：1、监控平台计算机；2、智能网关交换机A；2.1、VLAN端口；3、监控幕墙；4、个人监视终端；5、光纤；6、光纤收发器A；7、光纤收发器B；8、无线网桥A；9、无线网桥B；10、智能网关交换机B；10.1、VLAN端口；11、PLC控制器；12、监控摄像机；13、数据线；14、系统总PLC控制器；15、系统总管理服务器；16、系统皮带机流程控制操作终端；17、中控室；18、转运站；19、工作现场

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型是一种设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，所述系统包括监控平台计算机1，监控平台计算机1由通讯模块通过有线或无线连接方式分别与智能网关交换机A2、监控幕墙3及个人监视终端4连接，智能网关交换机A2上的VLAN端口2.1通过光纤5和光纤收发器A6与设置在转运站18内的光纤收发器B7连接，光纤收发器B7通过光纤6与无线网桥A8连接，无线网桥A8通过无线通讯网络可与无线网桥B9连接，无线网桥B9通过光纤6与智能网关交换机B10上的VLAN端口10.1连接，智能网关交换机B10上的上的VLAN端口10.1还与第一工作现场19内的PLC控制器11及监控摄像机12连接；智能网关交换机A2上的VLAN端口10.1通过数据线13与系统总PLC控制器14、系统总管理服务器15、系统皮带机流程控制操作终端16连接。

采用冗余通讯，在通讯工程当中，冗余指在出于系统安全和可靠性等方面的考虑，人为地对一些关键部件或功能进行重复的配置，当系统发生故障时，如某一设备发生损坏，冗余配置的部件可以作为备援，及时介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间，本实用新型优选的实施方案是，所述无线网桥A8与无线网桥B9至少分别设有两条相互隔离的通讯线路组成冗余通讯且与链路汇聚配合。

采用冗余通讯，在通讯工程当中，冗余指在出于系统安全和可靠性等方面的考虑，人为地对一些关键部件或功能进行重复的配置，当系统发生故障时，如某一设备发生损坏，冗余配置的部件可以作为备援，及时介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间，本实用新型优选的实施方案还有，所述两条互隔离的通讯线路组分别为2.4G无线网桥和5.8G无线网桥。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，优选的技术方案还有，所述智能网关交换机A2上的VLAN端口2.1为24端口，所述智能网关交换机B10上的VLAN端口10.1为8端口。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，本实用新型优选的实施方案还有，所述系统包括有彼此相互隔离开的中控室17、转运站18和多个工作现场19。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，本实用新型优选的实施方案还有，所述监控平台计算机1、智能网关交换机A2、监控幕墙3、系统总PLC控制器14、系统总管理服务器15、系统皮带机流程控制操作终端16分别被安装在中控室17内。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，本实用新型优选的实施方案还有，所述光纤收发器B7通过光纤6与无线网桥A8被安装在中转站18内。

为了降低系统设备成本，同时满足不同设备的通讯需求，本实用新型优选的实施方案还有，所述无线网桥B9通过光纤6、智能网关交换机B10、第一工作现场19内的PLC控制器11及监控摄像机12被安装在第一工作现场19内。

本实用新型优选的实施方案还有，所述智能网关交换机A12和/或智能网关交换机B10选用水星SG10X Pro系列全千兆智能网管型交换机为通讯设备。

本实用新型优选的实施方案还有，所述无线网桥A8和/或无线网桥B8选用水星CPEMWB505+CPE MWB201网桥套装。

该设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统中的管控流程界面采用远程网络发布系统、生产数据手机发布系统，使使用者的生产情况在任何具有网络的地方可以通过电脑、手机实时查看，可实现了码头污水处理实时数据监控，粉尘监测、喷淋降尘闭环自动控制。该系统具有低成本、高可靠方案，采用市场上易购质优价廉的网络及无线设备，利用计算机网络技术进行创新组合，来应用到工业以太网中，组成了无缝切换的冗余无线通讯系统，实现控制网络与监控网络同时传输并可靠隔离，从而达到专业级无线设备的可靠性，并无限接近原光纤通讯的性能。

例如，在码头移动式大机设备设有冗余功能高可靠双网隔离无线通讯系统，主要由系统总PLC控制器14上的网络、监控网络；工作现场PLC控制器网络、地面监控系统网络；2口智能网管交换机A2、8口智能网管交换机B10；2.4G网桥，5G网桥，光纤收发器，现场光纤设备等组成。

监控网络、控制PLC网络插入智能网管交换机不同的端口，通过交换机管理对相应端口进行划分VLAN，把网络数据包打上VLAN标志后，合并发送到两对不同频段的网桥进行无线传输，接收智能网管交换机把数据包根据VLAN标志，分别去除VLAN标志送到各自端口，从而实现两个不同网络合并传输并互相隔离，两对网桥通过智能网管交换机的链路汇聚端口互为冗余，不会因为网络环路造成广播风暴，任意一对出现故障，另一对依旧能实时发送数据，保证数据链不会中断。

双网隔离通讯系统能完全替代原来的光纤通讯系统，达到原有的通讯要求。该系统延时低，带宽足，网络间完全隔离，设备少，易维护，故障率低，可靠性高。

原来大机与地面共有两条通讯线路，使用三条光纤来实现整机通讯。一是与中控管控系统的数据通讯，包括连锁信号，要求延时低，可靠性高，不允许中断；另一条是视频监控系统，需要传输到中控监控系统，特点是带宽要求高，主要传输流媒体，要求网络稳定传输，不能时快时慢。

控制网络与监控网络这两个网络是属于完全隔离的两个不同功能、不同速率的局域网，改造后也要保障网络之间的隔离效果。

该改造方案主要使用了冗余通讯、VLAN划分技术、链路汇聚技术三大核心技术：

冗余通讯，在通讯工程当中，冗余指出于系统安全和可靠性等方面的考虑，人为地对一些关键部件或功能进行重复的配置。当系统发生故障时，如某一设备发生损坏，冗余配置的部件可以作为备援，及时介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间。冗余尤用于应急处理。这里我们主要利用多个网桥与智能交换机的链路汇聚功能来实现单个网桥或线路故障时的基本无缝切换的冗余通讯，设备正常时更能够增加传输带宽。

VLAN，英文全称Virtual Local Area Network，即虚拟网技术的诞生主要源于广播。所以，当局域网内的计算机达到一定数量后(通常限制在150～200台以内)，通常采用划分VLAN的方式将网络分隔开来，将一个大的广播域划分为若干个小的广播域，以减小广播可能造成的损害。

划分VLAN的方式有许多种，根据现场工艺要求，采用基于端口的VLAN划分。

基于端口的VLAN是最常使用的划分VLAN的方式，几乎被所有的交换机所支持。所谓基于端口的VLAN，是指由网络管理员使用网管软件或直接设置交换机，将某些端口直接地、强制性地分配给某个VLAN。除非网管人员重新设置，否则，这些端口将一直保持对该VLAN的从属性，即属于该VLAN，因此，这种划分方式也称为静态VLAN。这种方法虽然在网络管理员进行VLAN划分操作时会比较麻烦，但相对安全，并且容易配置和维护。同时，由于不同VLAN间的端口不能直接相互通讯，因此，每个VLAN都有自己独立的生成树。此外，交换机之间在不同VLAN中可以有多个并行链路，以提高VLAN内部的交换速率，增加交换机之间的带宽。

链路聚合(Link Aggregation)由IEEE802.3ad定义，包括链路聚合目标及实现、聚合子层的功能及操作、链路聚合控制及LACP等。链路聚合将多条物理以太链路聚合形成为一个逻辑链路聚合组，这种聚合对于上层协议和应用是透明的，上层协议和应用将同一聚合组内的多条物理链路视为单一链路，无需改变即可在其上运行。

链路聚合能够增加带宽：聚合链路的带宽最大为聚合组中所有成员链路的带宽和，极大的拓展了链路带宽；

链路聚合能够增加可靠性：聚合组存在多条成员链路的情况下，单条成员链路故障不会引起聚合链路传输失败，故障链路承载的业务流量可自动切换到其他成员链路进行传输；

链路聚合能够可负载分担：业务流量按照一定的规则被分配到多条成员链路进行传输，提高了链路使用率；

链路聚合能够可动态配置：缺少人工配置的情况下，链路聚合组能够根据对端和本端的信息灵活调整聚合成员端口的选中/非选中状态。

这里主要与现场两对不同频段网桥或其它通讯线路例如光纤通讯、4G/5G网络等配合实现冗余，只要交换机端口足够，可以很方便的实现双冗余、乃至三冗余四冗余通讯。

鉴于上述原因，鉴于三合一高压柔性电缆高压电缆部分仍旧能用，在集团公司支持下，发明人决定利用自身掌握的设备电气控制知识以及一些网络知识，自行研发改造一套低成本、高可靠性的无线通讯系统。

现场查勘大机设备在直线轨道运行，无线设备安装在设备上，中间无遮挡，适合采用无线网桥进行点对点无线传输。

公司大功率设备众多，电磁环境复杂，无线系统极易受到干扰造成通讯中断，经查阅大量技术资料，最终方案使用两对以上不同频率网桥，智能交换机的链路聚合功能来实现两对网桥之间的信号冗余并避免通讯环路造成广播风暴，并对交换机端口进行VLAN划分，利用互联网成熟的端口隔离技术，来解决管控网络与监控网络之间的网络隔离，实现信号分离。

设备选型市场调研采购，采用市场上易购买的成熟网络设备，经性价比对，选购水星CPE MWB505+CPE MWB201网桥套装、水星SG10X Pro系列全千兆智能网管型交换机为主要通讯设备。

整套设备包含施工成本经预计不到一万元，具有较高的经济价值。

该系统将工业自动化控制技术与计算机领域的网络技术充分融合在一起，具有改造成本低，周期短，可靠性高，易维护，有效解决了企业设备维修的停机时间长以及维修成本高的问题，让技术创新为企业的绩效提升带来更大的贡献。

现代自动化流程设备设施维护及改造是具有技术含量的工作，对于人员素质技术水平要求高，不但需要扎实的电气基础，熟练掌握PLC，HMI人机界面，运用各类专业软件，而且牵涉的知识面越来越广，设备的通讯、机械、监控、计算机、服务器、光纤传输、网络架构、因特网、工业以太网、网站建设、数据库等以前属于不同行业的知识，现在在自动化过程中都会接触，并越来越多的融合在一起。

如何打破思想桎梏，与时俱进，把跨越学科，跨越领域技术结合的创新设计思路带入到设计及改造中，尽可能的使用市场易购的通用成熟产品来进行设计改造，有效降低成本，降低设备故障率，降低维护难度，减少维修成本，正是我们现代工业自动化工业人应当具备的理念。

该系统的研制情况：首先在转运站配置好设备箱，连接通讯线路，转运站与堆取料机上架设好网桥，各自连接网线电源。

在就近变电所内控制电气房增加一个网络机柜，安装24口智能网管交换机，通讯机柜与转运站网桥之间采用光纤连接，堆取料机网桥与智能交换机相应端口连接。

网桥通电配置，检查网桥IP，两组网桥IP不能相同，如在控制网络或监控网络的网段里，修改IP地址至其他网段。然后老化测试检查无线设备丢包率符合要求。

智能交换机配置，变电所侧24口智能网管交换机配置，首先把1-2端口配置为链路汇聚1组。

进入802.1Q VLAN选项继续配置VLAN,VLAN20为监控网域，成员端口1-12，19-24，选择1-12端口为tagged端口，19-24为untagged端口；VLAN60为控制网域，成员端口为1-18，1-12为tagged端口，13-18为untagged端口。

进入PVID配置，配置13-18端口PVID为60，配置19-24端口PVID为20，其余默认。

堆取料机侧智能交换机同样配置好IP，端口5-6划到VLAN60,端口7-8划分到VLAN20，其余默认。

现场接线，因我们划分的VLAN属于基于物理端口的划分方式，因此现场接线就有要求，在交换机上贴上对应标签，防止网线插错，各个网络网线插入对应端口。

网络运行验证，笔记本同时配置控制网络段IP与监控网络段IP，在控制网络内ping控制网络设备IP可以ping通，ping监控设备IP不通；在监控网络内ping监控设备IP可以ping通，ping控制网络设备IP不通。测试各个网络10兆ping包不断流，不丢包。达到设计网络隔离效果，达到网络传输带宽要求。经过长ping测试48小时，丢包率极低，达到设计稳定性要求。

该系统应用前景，码头的大部分生产设备，如卸船机、装船机、堆取料机、门座式起重机等只要是有通讯需求的移动式大机设备，均采用了昂贵的进口三合一高压柔性电缆，电缆在工作中反复弯曲卷绕，卷盘反复启动加减速使电缆承受较大的机械力，甚至遭受车辆撞击，地面电缆遭到碾压等事故。而光纤纤芯是由极细的玻璃制成，这种工作环境下极易受损，如果设备电缆内光纤故障，即可以使用该技术方案进行改造，替代昂贵的三合一电缆线，每台根据电缆长度不同，可以节约30-60万左右的电缆费用。

这套方案同样适合于其他有固定移动轨迹、需要对设备进行控制，并且对通讯要求高的其他设备，如工厂的龙门吊、车间大型行车、作业轨迹比较固定的内场车辆等。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述系统包括监控平台计算机，监控平台计算机由通讯模块通过有线或无线连接方式分别与智能网关交换机A、监控幕墙及个人监视终端连接，智能网关交换机A上的VLAN端口通过光纤和光纤收发器A与设置在转运站内的光纤收发器B连接，光纤收发器B通过光纤与无线网桥A连接，无线网桥A通过无线通讯网络至少与无线网桥B连接，无线网桥B通过光纤与智能网关交换机B上的上的VLAN端口连接，智能网关交换机B上的VLAN端口还与第一工作现场内的PLC控制器及监控摄像机连接；智能网关交换机A上的VLAN端口通过数据线与系统总PLC控制器、系统总管理服务器、系统皮带机流程控制操作终端连接。

2.如权利要求1所述设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述无线网桥A与无线网桥B至少分别设有两条相互隔离的通讯线路组成冗余通讯且与链路汇聚配合。

3.如权利要求2所述的设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述两条互隔离的通讯线路组分别为2.4G无线网桥和5.8G无线网桥。

4.如权利要求1所述设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述智能网关交换机A上的VLAN端口为24端口，所述智能网关交换机B上的VLAN端口为8端口。

5.如权利要求1所述设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述系统包括有彼此相互隔离开的中控室、转运站和多个工作现场。

6.如权利要求5所述设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述监控平台计算机、智能网关交换机A、监控幕墙、系统总PLC控制器、系统总管理服务器、系统皮带机流程控制操作终端分别被安装在中控室内。

7.如权利要求5所述设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述光纤收发器B通过光纤与无线网桥A被安装在中转站内。

8.如权利要求5所述设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述无线网桥B通过光纤、智能网关交换机B、第一工作现场内的PLC控制器及监控摄像机被安装在第一工作现场内。

9.如权利要求1所述设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述智能网关交换机A和/或智能网关交换机B选用水星SG10X Pro系列全千兆智能网管型交换机为通讯设备。

10.如权利要求1所述设有冗余通讯、监控网络及双网隔离的无线通讯系统，其特征在于，所述无线网桥A和/或无线网桥B选用水星CPE MWB505+ CPE MWB201网桥套装。

Images