SymLink油田行业业务数据传输网络解决方案
2014/5/9 16:51:42
第1章 行业背景
石油企业是技术密集型、信息依赖型企业，石油行业的信息化一直伴随着石油行业的发展，并发挥了巨大的作用。随着“数字油田”、“数字石化”、“数字石油”等新的石油行业信息化理念被普遍接受，石油石化企业已经发展到了离开信息系统就无法生存的地步。
随着近十年对现场自动化建设的加大，现场自动化的程度是越来越高，为数字化油田打下了良好的数据基础。但数据仅仅停留在生产现场是远远不够的，必须将分散在各地的油田数据汇集起来，提供给专家层、领导层，才能挖掘信息的潜在价值，将现场生产信息转换为生产力。因此，建设一个经济、高效、稳定、维护成本低的生产数据传输网络就变得迫在眉睫，它是“数字化油田”的坚实基础。
目前，数字化油田的发展面临以下几个方面的挑战：
第一：设备标准复杂繁多
标准是一个产业规模发展的前提，各个行业的标准复杂繁多。从通讯链路，涉及到RS-232/422/485、CAN、以太网、WIFI、Zigbee、GPRS/WCDMA/CDMA2000等；从工业设备协议来说，涉及到OPC、Modbus、IEC61850、IEC60870、DNP3、BACnet、PLC等。
第二：建设、维护成本太高
数字化油田的目标就是为了解放人力，降低运行维护成本，而如果一个系统建设的成本高，实施周期长，维护成本高，那将是和数字化油田的初衷相背而驰的。然而现阶段的工业生产监控类系统的建设却是三高：设备数据的接入成本高，数据利用成本高，系统维护成本高。
第三：安全性差
目前工业环境使用的传输协议多用在封闭，孤立的生产总线网络环境下，为了通讯的高效便捷，多采用明码传输，没有任何的加密保护。容易受到来自网络的各种攻击。而数字化油田必然需要生产现场的设备数据通过Internet传递到远端的另一个系统或环境中，因此，高效、安全的传输协议是实现数字化油田的一个必要条件。
第四：底层数据利用率低
上层业务系统的数据要求导致底层数据传输系统的重复建设，致使数据利用率偏低。
因此建设可以智能组网、分布计算、路由优化、数据共享的工业数据传输系统将是推动工业智能的催化剂。同时也是数字化油田稳定可靠的保障。
第2章 目前普遍采用的解决方案
将自控系统接入到SCADA系统当中，属于典型的两化（信息化与自动化）融合项目。需要解决三个主要问题：
●自控系统安全问题
需要将控制系统与办公管理网络对接。由于管理网络中可能存在影响控制网络安全的因素，例如黑客或病毒等。这些不安全因素可能对控制系统带来巨大的威胁，因此必须解决，确保控制系统100%的安全。
●远程统一管理和维护的问题
由于项目现场涉及的控制系统具有数据多、类型杂、分布广等特点，维护管理的难度非常大。需要考虑好建成后，管理和维护的问题。必须确保项目建成后，可以远程实施统一管理和维护，以减少相关工作量，确保系统运行稳定，故障在第一时间可以远程排查、直接解决。
目前的现场设备大多采用RS232/485等通讯接口，为了传输的方便，基本都采用了串口服务器（串口转以太网）这类设备，这类设备直接将现场设备的通讯端口暴露到了网络上，Modbus传输协议因为是为封闭的工业总线而设计，都是明码传输，没有任何的加密保护，容易受到来自网络的攻击。应用此种模式还会带来以下几点问题：
1）串口服务器模式，串口服务器+台式电脑+软件。成本高，维护不便。SymLink工业物联网智能网关集成了上述功能的嵌入式设备，成本低、部署灵活、维护方便。
2）数据采集设备多采用标准PC计算机，体积大，不易上机架，占用机房空间大。并且PC计算机能耗高，稳定性较差，维护不便。
3）PC计算机大多采用Windows系统，容易受到操作系统漏洞，网络病毒的攻击，且对人为带来的安全隐患难以防范，因此，总体安全性较差。
4）如用于数据采集的PC计算机数量多，对这些计算机的集中维护管理，采集软件的更新维护不便。缺乏一整套完善的中心管理方案。
5）通过传统的串口服务器，串口数据透明传输转至以太网，数据都交给分行PC机计算，再由PC机软件向总行传输数据，这样每一级的相互依赖性过强。
第3章 采用SymLink构建的解决方案
系统整体更加稳定可靠
分布式的数据采集计算方式，避免了集中式采集计算的单点故障，完全将集中式采集计算的系统负荷分化到各个采集节点。同时各个分布式的数据采集计算节点提供计算脚本，断线缓存，报警服务等功能，即可为上层系统分担计算负荷，又可最大限度的保证了业务数据的完整性和连续性。
标准化
对上层系统提供归一化的标准协议，让上层应用系统专注业务数据的分析应用，并提供各种实时/历史数据库及关系数据库的无缝集成组件，一步到位。
兼容能力
广泛的设备兼容能力，海量的通讯协议库，提供工业现场各种主流设备的通讯协议驱动，如：OPC/Modbus/IEC61850/IEC60870/DNP3/BACnet/主流PLC/智能仪表等，并拥有一个10多人构成的通讯协议开发团队，拥有多年的通讯协议驱动开发经验，可以快速地开发出各类新推出的设备的通讯协议驱动。
安全性
站级控制网络选用SymLink工业物联网智能网关作为数据采集转发设备，可实现多路数据采集转发，并且采用白名单机制，可对通信协议进行过滤，使得符合用户授权的控制系统实现安全的现场数据采集。
数据通信网络层选用SymLink-GAP工业通信安全网关作为办公网络和控制网络的隔离装置，其2+1的产品架构可实现绝对的物理隔离，内网侧采集控制网络的数据，通过加密单向传输给外网侧，进而将数据推送至办公管理网络。
无论是站级控制网络还是在数据通信网络，SymLink网关产品所具备的的通道隔离机制和物理隔离机制，均可为整套系统提供安全防护。
管理维护
深度挖掘用户需求，集合多年的行业经验，提供符合人性的图形化的管理维护工具，企业IT工程师不需要参阅大量的文档资料以及培训，即可完全可视化的建立232/485/CAN总线设备的通讯以及以太网络拓扑图，轻松调用设备库和模板库即可完成工程应用。通过SymLink的网管系统（一套图形化的设备集中管理维护平台软件），可将一个系统内的所有SymLink设备进行集中管理，配置，监视，维护。当系统中SymLink的数量越多、地域分布广时，管理的设备越多，分摊给每个设备的管理维护成本更低。
石油企业是技术密集型、信息依赖型企业，石油行业的信息化一直伴随着石油行业的发展，并发挥了巨大的作用。随着“数字油田”、“数字石化”、“数字石油”等新的石油行业信息化理念被普遍接受，石油石化企业已经发展到了离开信息系统就无法生存的地步。
随着近十年对现场自动化建设的加大，现场自动化的程度是越来越高，为数字化油田打下了良好的数据基础。但数据仅仅停留在生产现场是远远不够的，必须将分散在各地的油田数据汇集起来，提供给专家层、领导层，才能挖掘信息的潜在价值，将现场生产信息转换为生产力。因此，建设一个经济、高效、稳定、维护成本低的生产数据传输网络就变得迫在眉睫，它是“数字化油田”的坚实基础。
目前，数字化油田的发展面临以下几个方面的挑战：
第一：设备标准复杂繁多
标准是一个产业规模发展的前提，各个行业的标准复杂繁多。从通讯链路，涉及到RS-232/422/485、CAN、以太网、WIFI、Zigbee、GPRS/WCDMA/CDMA2000等；从工业设备协议来说，涉及到OPC、Modbus、IEC61850、IEC60870、DNP3、BACnet、PLC等。
第二：建设、维护成本太高
数字化油田的目标就是为了解放人力，降低运行维护成本，而如果一个系统建设的成本高，实施周期长，维护成本高，那将是和数字化油田的初衷相背而驰的。然而现阶段的工业生产监控类系统的建设却是三高：设备数据的接入成本高，数据利用成本高，系统维护成本高。
第三：安全性差
目前工业环境使用的传输协议多用在封闭，孤立的生产总线网络环境下，为了通讯的高效便捷，多采用明码传输，没有任何的加密保护。容易受到来自网络的各种攻击。而数字化油田必然需要生产现场的设备数据通过Internet传递到远端的另一个系统或环境中，因此，高效、安全的传输协议是实现数字化油田的一个必要条件。
第四：底层数据利用率低
上层业务系统的数据要求导致底层数据传输系统的重复建设，致使数据利用率偏低。
因此建设可以智能组网、分布计算、路由优化、数据共享的工业数据传输系统将是推动工业智能的催化剂。同时也是数字化油田稳定可靠的保障。
第2章 目前普遍采用的解决方案
将自控系统接入到SCADA系统当中，属于典型的两化（信息化与自动化）融合项目。需要解决三个主要问题：
●自控系统的数据采集接口问题
由于自控系统相对比较封闭，接口方案各不相同。因此需要提供各系统的采集接口方案。●自控系统安全问题
需要将控制系统与办公管理网络对接。由于管理网络中可能存在影响控制网络安全的因素，例如黑客或病毒等。这些不安全因素可能对控制系统带来巨大的威胁，因此必须解决，确保控制系统100%的安全。
●远程统一管理和维护的问题
由于项目现场涉及的控制系统具有数据多、类型杂、分布广等特点，维护管理的难度非常大。需要考虑好建成后，管理和维护的问题。必须确保项目建成后，可以远程实施统一管理和维护，以减少相关工作量，确保系统运行稳定，故障在第一时间可以远程排查、直接解决。
目前的现场设备大多采用RS232/485等通讯接口，为了传输的方便，基本都采用了串口服务器（串口转以太网）这类设备，这类设备直接将现场设备的通讯端口暴露到了网络上，Modbus传输协议因为是为封闭的工业总线而设计，都是明码传输，没有任何的加密保护，容易受到来自网络的攻击。应用此种模式还会带来以下几点问题：
1）串口服务器模式，串口服务器+台式电脑+软件。成本高，维护不便。SymLink工业物联网智能网关集成了上述功能的嵌入式设备，成本低、部署灵活、维护方便。
2）数据采集设备多采用标准PC计算机，体积大，不易上机架，占用机房空间大。并且PC计算机能耗高，稳定性较差，维护不便。
3）PC计算机大多采用Windows系统，容易受到操作系统漏洞，网络病毒的攻击，且对人为带来的安全隐患难以防范，因此，总体安全性较差。
4）如用于数据采集的PC计算机数量多，对这些计算机的集中维护管理，采集软件的更新维护不便。缺乏一整套完善的中心管理方案。
5）通过传统的串口服务器，串口数据透明传输转至以太网，数据都交给分行PC机计算，再由PC机软件向总行传输数据，这样每一级的相互依赖性过强。
第3章 采用SymLink构建的解决方案
工业现场的通信网络依然由以太网交换机及路由器来搭建，以太网交换机及路由器只用于构建通讯的网络，不关注现场设备业务数据的采集与传递；SymLink工业物联网智能网关通过自身的各种通讯接口（RS232/RS485，CAN，以太网等）与各类现场设备直接连接，并通过现场设备的通讯协议采集需要的各类数据，同时将采集到各个设备的数据以标准工业协议（如OPC，IEC101/102/103/104，BACnet，DNP3，Modbus等）为上层应用系统提供，从生产现场到上层管理，为企业搭建了一套强壮、高速的业务数据传输网络，帮助油田企业推进“数字化油田”的建设提供了坚实的基础。
系统整体更加稳定可靠
分布式的数据采集计算方式，避免了集中式采集计算的单点故障，完全将集中式采集计算的系统负荷分化到各个采集节点。同时各个分布式的数据采集计算节点提供计算脚本，断线缓存，报警服务等功能，即可为上层系统分担计算负荷，又可最大限度的保证了业务数据的完整性和连续性。
标准化
对上层系统提供归一化的标准协议，让上层应用系统专注业务数据的分析应用，并提供各种实时/历史数据库及关系数据库的无缝集成组件，一步到位。
兼容能力
广泛的设备兼容能力，海量的通讯协议库，提供工业现场各种主流设备的通讯协议驱动，如：OPC/Modbus/IEC61850/IEC60870/DNP3/BACnet/主流PLC/智能仪表等，并拥有一个10多人构成的通讯协议开发团队，拥有多年的通讯协议驱动开发经验，可以快速地开发出各类新推出的设备的通讯协议驱动。
安全性
站级控制网络选用SymLink工业物联网智能网关作为数据采集转发设备，可实现多路数据采集转发，并且采用白名单机制，可对通信协议进行过滤，使得符合用户授权的控制系统实现安全的现场数据采集。
数据通信网络层选用SymLink-GAP工业通信安全网关作为办公网络和控制网络的隔离装置，其2+1的产品架构可实现绝对的物理隔离，内网侧采集控制网络的数据，通过加密单向传输给外网侧，进而将数据推送至办公管理网络。
无论是站级控制网络还是在数据通信网络，SymLink网关产品所具备的的通道隔离机制和物理隔离机制，均可为整套系统提供安全防护。
管理维护
深度挖掘用户需求，集合多年的行业经验，提供符合人性的图形化的管理维护工具，企业IT工程师不需要参阅大量的文档资料以及培训，即可完全可视化的建立232/485/CAN总线设备的通讯以及以太网络拓扑图，轻松调用设备库和模板库即可完成工程应用。通过SymLink的网管系统（一套图形化的设备集中管理维护平台软件），可将一个系统内的所有SymLink设备进行集中管理，配置，监视，维护。当系统中SymLink的数量越多、地域分布广时，管理的设备越多，分摊给每个设备的管理维护成本更低。
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