一、 案例背景

在工業(yè)自動(dòng)化飛速發(fā)展的今天，生產(chǎn)現(xiàn)場的布局日益分散與復(fù)雜。某大型化工企業(yè)為滿足環(huán)保與安全要求，需將其原料灌區(qū)（主要由西門子S7-1200 PLC控制）與位于1公里外中央控制室的DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合與監(jiān)控。DCS系統(tǒng)作為全廠的核心控制大腦，需要實(shí)時(shí)獲取原料罐的液位、溫度、壓力及閥門狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并具備下發(fā)控制指令的能力。

然而，橫亙在PLC與DCS系統(tǒng)之間的，不僅是物理上的千米距離，更有通信協(xié)議上的壁壘——S7-1200標(biāo)配Profinet通信，而廠內(nèi)現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)僅支持傳統(tǒng)的Profibus-DP協(xié)議。如何經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定地解決“遠(yuǎn)距離”和“協(xié)議轉(zhuǎn)換”兩大核心難題，成為項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。

二、 項(xiàng)目痛點(diǎn)

在項(xiàng)目實(shí)施前，企業(yè)面臨著以下幾個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：

1. 布線成本高昂且施工困難：長達(dá)1公里的通信電纜敷設(shè)，涉及挖溝、穿管、防爆施工等復(fù)雜工序，材料成本與人工費(fèi)用極高，項(xiàng)目周期長。

2. 環(huán)境制約與維護(hù)不便：廠區(qū)道路、管線縱橫，開挖施工可能影響現(xiàn)有生產(chǎn)，且后續(xù)線路一旦出現(xiàn)故障，排查難度大，維護(hù)成本高。

3. 協(xié)議不兼容，無法直接通信：西門子S7-1200的Profinet接口無法直接接入以Profibus為主站的DCS系統(tǒng)，需要有效的協(xié)議橋梁。

4. 對通信實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性的高要求：生產(chǎn)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)、不間斷地傳輸，任何延遲或中斷都可能影響中央控制室的判斷與決策。

三、 解決方案

經(jīng)過深入的技術(shù)選型與方案論證，項(xiàng)目最終采用了以遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC-GR90系列4G遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)和YC-DPS-PN協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)為核心的無縫集成解決方案。該方案完美規(guī)避了有線部署的弊端，并高效解決了協(xié)議互通問題。

1. 核心設(shè)備組成：

遠(yuǎn)創(chuàng)智控4G網(wǎng)關(guān)主站 (YC-GR90-R3M) × 1：部署于DCS系統(tǒng)側(cè)，作為Profibus主站，同時(shí)通過4G網(wǎng)絡(luò)與從站建立無線連接。

遠(yuǎn)創(chuàng)智控4G網(wǎng)關(guān)從站 (YC-GR90-R3S) × 1：部署于西門子S7-1200 PLC側(cè)，作為Profinet從站，采集PLC數(shù)據(jù)并通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳至主站。

遠(yuǎn)創(chuàng)智控Profinet轉(zhuǎn)Profibus網(wǎng)關(guān) (YC-DPS-PN) × 1：部署于DCS系統(tǒng)側(cè)，一端連接YC-GR90-R3M的Profibus接口，另一端以Profinet協(xié)議與虛擬主站通信，完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2.方案拓?fù)渑c數(shù)據(jù)流：

數(shù)據(jù)流說明：

在原料灌區(qū)，S7-1200 PLC作為Profinet IO控制器，將YC-GR90-R3S識別為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Profinet從站，并將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)映射到其輸入輸出模塊中。

YC-GR90-R3S通過4G網(wǎng)絡(luò)，與遠(yuǎn)在1公里外的YC-GR90-R3M主站建立安全、穩(wěn)定的點(diǎn)對點(diǎn)VPN隧道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。

YC-GR90-R3M主站將接收到的數(shù)據(jù)，通過其Profibus-DP接口，輸出給YC-DPS-PN協(xié)議網(wǎng)關(guān)。

YC-DPS-PN網(wǎng)關(guān)在此扮演了關(guān)鍵角色，它將來自Profibus側(cè)的數(shù)據(jù)，無縫轉(zhuǎn)換并封裝成Profinet報(bào)文，發(fā)送給DCS系統(tǒng)的Profibus主站卡。對于DCS系統(tǒng)而言，整個(gè)“無線鏈路+協(xié)議網(wǎng)關(guān)”就相當(dāng)于一個(gè)本地的、標(biāo)準(zhǔn)的Profibus從站設(shè)備，無需任何軟件修改即可直接集成。

四、應(yīng)用效果與實(shí)施前后對比

五、 行業(yè)應(yīng)用前景推薦

此成功案例所展示的“無線+協(xié)議轉(zhuǎn)換”融合方案，為眾多面臨類似挑戰(zhàn)的行業(yè)提供了絕佳的范本，尤其在以下快速發(fā)展的領(lǐng)域前景廣闊：

1. 智慧水務(wù)/水利行業(yè)：水庫、泵站、污水處理廠等站點(diǎn)分散，距離遙遠(yuǎn)，迫切需要將現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)無線傳輸至中央調(diào)度中心。該方案可快速實(shí)現(xiàn)對水位、流量、設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2. 新能源光伏/風(fēng)電行業(yè)：光伏電場、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分布廣泛，環(huán)境惡劣，布線困難。利用4G/5G網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)發(fā)電數(shù)據(jù)、逆變器狀態(tài)的集中監(jiān)控與智能運(yùn)維。

3. 智慧城市與管廊監(jiān)控：城市管廊、智慧燈桿、充電樁網(wǎng)絡(luò)等市政設(shè)施點(diǎn)位多且分散，該方案能快速構(gòu)建低成本、易部署的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

4. 智能制造與離散工業(yè)：在大型廠區(qū)內(nèi)，跨車間、跨產(chǎn)線的設(shè)備數(shù)據(jù)采集與MES/ERP系統(tǒng)集成，采用無線方案可極大減少車間內(nèi)繁雜的布線，適應(yīng)柔性生產(chǎn)的需求。

5. 環(huán)境監(jiān)測與石油天然氣：用于監(jiān)測空氣質(zhì)量、水質(zhì)或油田井口的遠(yuǎn)程RTU數(shù)據(jù)回傳，在無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)甚至可采用4G Cat1或NB-IoT網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)更低功耗的廣域覆蓋。

六、 總結(jié)

本案例中，通過巧妙地組合運(yùn)用遠(yuǎn)創(chuàng)智控的YC-GR90 4G遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)和YC-DPS-PN協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，成功構(gòu)建了一條跨越千米的“無線數(shù)據(jù)橋梁”。這不僅一次性解決了長距離傳輸和協(xié)議不兼容兩大核心痛點(diǎn)，更以遠(yuǎn)超傳統(tǒng)有線方案的經(jīng)濟(jì)性、靈活性和實(shí)施效率，為企業(yè)帶來了顯著的價(jià)值。

實(shí)踐證明，隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術(shù)的成熟，以4G/5G無線通信為代表的新型組網(wǎng)方式，正以其獨(dú)特的優(yōu)勢，在流程工業(yè)與離散制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中扮演著越來越重要的角色。該方案具有極高的可復(fù)制性和推廣價(jià)值，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)設(shè)備快速上云、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程交互的主流且高效的解決方案之一。

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審核編輯 黃宇