一种数据采集网络架构及规划方法技术

本发明专利技术公开一种数据采集网络架构及规划方法，数据采集网络架构包含核心层、汇聚层、接入层和计量控制层，明确了各层所需要的网络设备及其功能；提出了一种千兆骨干环网与百兆星型网络相结合的、并以GPRS无线采集和VPN虚拟通道实现远距离数据传输的大型局域网拓扑结构，并通过交换机的IP/MAC地址绑定、VLAN虚拟网络划分、CSS集群交换机管理技术增强了数据采集网的安全性与兼容性。本发明专利技术为能源管理系统整体方案的规划与实施提供参考与指导。

【技术实现步骤摘要】
一种数据采集网络架构及规划方法
本专利技术涉及网络领域，尤其涉及一种数据采集网络架构及规划方法。
技术介绍
“十二五”以来，针对大、中型工矿企业(尤其是重污染企业)只关注生产数据、忽略能源数据而形成的粗放型生产模式，国家及各省市经信委、工信部要求相关企业实施产业结构升级或转型，对生产、能源系统实行扁平化、精细化管理，并出台相关政策、划拨专项资金支持企业建设能源管理系统。“节能减排、优化调度”是能源管理系统的建设方向，按照功能划分，能源管理系统分为数据采集和优化分析两大部分，其中数据采集部分需要将企业所需的水、电、气、汽等能源介质相关数据采集进来，优化分析部分则是在上述数据基础上进行各类高级应用的开发。生产自动化程度的提高使企业各生产工序之间的耦合关联度大大增强，数据共享、大数据分析成为趋势，只有将能源数据与生产数据相结合进行优化分析，才能真正体现能源管理系统的价值。这就要求建立一个以能源介质为载体，包含能源产生、传输、消耗环节的各类计量仪表及相关PLC/DCS控制系统的数据采集网。在能源管理系统建设过程中，首先，由于缺少细致的规范验收标准，导致许多建设项目鱼目混珠，甚至出现部分企业或个人非法套取专项补贴资金的现象；其次，多数工矿企业缺乏能源管理系统数据采集网的规划，企业现有网络基本都是针对特定对象的，在设计建设阶段只考虑本局域网的需求，缺乏全局性考虑；另外，多数承建单位忽略高级应用的开发，对PLC/DCS控制系统接入的重要性认识不足，对数据采集网的功能划分、网络安全性和兼容性缺乏整体解决设计方案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种数据采集网络架构及规划方法，主要用于工矿企业的能源管理系统的数据采集，明确数据采集网网络架构、网络设备及其功能，实现网络安全性与兼容性的规划设计，为能源管理系统数据采集网的规划与实施提供参考与指导。为解决以上技术问题，本专利技术提供了一种数据采集网络架构，包括：核心层，所述核心层包括前置服务器和核心交换机，所述前置服务器接入监控网A、B交换机，所述核心交换机连接所述前置服务器；汇聚层，所述汇聚层包括若干环网骨干交换机，所述环网骨干交换机之间首尾互连形成骨干环网，所述环网骨干交换机还连接所述核心层的核心交换机；接入层，所述接入层包括接入交换机、工业网关、数采网关和电量采集终端，所述接入交换机连接所述汇聚层的环网骨干交换机，所述工业网关、数采网关和电量采集终端分别连接所述接入交换机；计量控制层，所述计量控制层包括PLC/DCS系统、流量计、电度表，所述PLC/DCS系统连接所述接入层的工业网关，所述流量计连接所述接入层的数采网关，所述电度表连接所述接入层的电量采集终端。进一步的，所述计量控制层被划分为若干区域，每一区域的PLC/DCS控制系统包含现有和新增用于远程控制现场设备的各类PLC/DCS控制系统，每一区域的流量计包含现有和新增用于计量水、气、汽的各类计量仪表，每一区域的电度表包含现有和新增用于计量电的计量仪表；所述接入层也被划分相应区域，每一区域的接入层对应设有接入交换机、若干工业网关、若干数采网关和若干电量采集终端。进一步的，所述计量控制层各区域的PLC/DCS控制系统具备或通过增加通讯模块具备RJ45以太网通讯功能；所述计量控制层各区域的流量计、电度表具备或通过升级更换具备RS485串口通讯功能。进一步的，所述接入层各区域的工业网关支持主流PLC/DCS控制系统厂家的通讯协议，各RJ45以太网通道之间相互独立，具有横向隔离功能；所述接入层各区域的工业网关通过RJ45以太网通道下接计量控制层对应区域的PLC/DCS控制系统，每个RJ45以太网通道接入一套独立的或多套已组成控制局域网的PLC/DCS控制系统；所述接入层各区域的工业网关通过RJ45以太网通道上连本区域内的接入交换机，或直接上连汇聚层的环网骨干交换机；所述接入层各区域的数采网关、电量采集终端支持主流表计厂家的通讯协议；所述接入层各区域的数采网关、电量采集终端通过RS485串口通道分别下接计量控制层对应区域的流量计、电度表，每个RS485串口通道最多限串8块流量计、电度表；所述接入层数采网关、电量采集终端通过RJ45以太网通道上连本区域内的接入交换机，或直接上连汇聚层的环网骨干交换机；对于仅需上传少量计量仪表数据、距离远且不易铺设通讯线缆的区域，区域内的数采网关、电量采集终端具有GPRS无线发射功能，通过GPRS无线网络，直接将数据上传至核心层前置服务器；所述接入层各区域的接入交换机通过RJ45以太网通道分别下接本区域内工业网关、数采网关和电量采集终端，通过RJ45以太网通道上连汇聚层环网骨干交换机。进一步的，对于上传包含PLC\DCS控制系统、各类计量仪表在内的大数据量、距离远且不易铺设通讯线缆的区域或分厂，所述区域或分厂配置第二防火墙，所述第二防火墙支持VPN功能；所述第二防火墙下接所述区域或分厂内的接入交换机、工业网关、数采网关、电量采集终端；所述第二防火墙连接移动公网，并设置公网IP地址，与核心层相应的第一防火墙构建VPN通道，通过VPN通道上接核心层核心交换机。进一步的，所述汇聚层的环网骨干交换机通过两个千兆FX单模光口分别连接两侧的千兆通讯光缆，形成千兆骨干环网；所述汇聚层环网骨干交换机通过百兆RJ45以太网口或FX单模光口下接接入层临近区域的接入交换机、工业网关、数采网关、电量采集终端；与核心层核心交换机临近的环网骨干交换机通过两个千兆FX单模光口分别上连核心层两台核心交换机。进一步的，所述核心层的核心交换机通过两个千兆FX单模光口下接汇聚层临近两台环网骨干交换机，通过两个千兆以太网口上连前置服务器；所述核心层如配置第一防火墙，则核心交换机通过百兆RJ45以太网下接核心层配置的第一防火墙；所述核心层的前置服务器通过两个以太网口下接核心交换机，经过汇聚层、接入层与工业网关、数采网关、电量采集终端进行通讯，通过独立线程实现各类通讯协议的规约转换，最终完成数据接收功能；所述前置服务器通过两个以太网口上连监控网的A、B交换机，将接收的数据推送到监控网的数据库中；对于具有GPRS无线发射功能的数采网关、电量采集终端，对应的前置服务器配置单独网卡，连接移动公网，并设置公网IP地址，通过GPRS无线传输通道，实现相关区域的数据接收；若核心层配置第一防火墙，则所述第一防火墙支持VPN功能，所述第一防火墙连接移动公网，并设置公网IP地址，并与所述区域或分厂设置的第二防火墙构建VPN通道，通过VPN通道下接相应的接入交换机、工业网关、数采网关、电量采集终端；所述核心层的第一防火墙上连核心交换机，通过VPN通道实现区域或分厂内工业网关、数采网关、电量采集终端的采集数据直接上传至核心层的前置服务器。进一步的，所述核心层的两台前置服务器与两台核心交换机采用A、B冗余网连接，两台核心交换机分别与邻近的两台环网骨干交换机相连，所述汇聚层骨干环网采用千兆骨干环网拓扑结构，4～6台环网骨干交换机作为环网节点汇聚各自邻近区域接入层的网络设备；接入层到环网骨干交换机以及计量控制层的计量仪表和PLC/DCS系统采用百兆星型网络结构；数据采集网中的光缆均采用单模光缆，汇聚层千兆骨干环网采用千兆单模光缆，星型网络中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据采集网络架构，其特征在于，包括：核心层，所述核心层包括前置服务器和核心交换机，所述前置服务器接入监控网A、B交换机，所述核心交换机连接所述前置服务器；汇聚层，所述汇聚层包括若干环网骨干交换机，所述环网骨干交换机之间首尾互连形成骨干环网，所述环网骨干交换机还连接所述核心层的核心交换机；接入层，所述接入层包括接入交换机、工业网关、数采网关和电量采集终端，所述接入交换机连接所述汇聚层的环网骨干交换机，所述工业网关、数采网关和电量采集终端分别连接所述接入交换机；计量控制层，所述计量控制层包括PLC/DCS系统、流量计、电度表，所述PLC/DCS系统连接所述接入层的工业网关，所述流量计连接所述接入层的数采网关，所述电度表连接所述接入层的电量采集终端。

【技术特征摘要】
1.一种数据采集网络架构，其特征在于，包括：核心层，所述核心层包括前置服务器和核心交换机，所述前置服务器接入监控网A、B交换机，所述核心交换机连接所述前置服务器；汇聚层，所述汇聚层包括若干环网骨干交换机，所述环网骨干交换机之间首尾互连形成骨干环网，所述环网骨干交换机还连接所述核心层的核心交换机；接入层，所述接入层包括接入交换机、工业网关、数采网关和电量采集终端，所述接入交换机连接所述汇聚层的环网骨干交换机，所述工业网关、数采网关和电量采集终端分别连接所述接入交换机；计量控制层，所述计量控制层包括PLC/DCS系统、流量计、电度表，所述PLC/DCS系统连接所述接入层的工业网关，所述流量计连接所述接入层的数采网关，所述电度表连接所述接入层的电量采集终端。2.如权利要求1所述的数据采集网络架构，其特征在于，所述计量控制层被划分为若干区域，每一区域的PLC/DCS控制系统包含现有和新增用于远程控制现场设备的各类PLC/DCS控制系统，每一区域的流量计包含现有和新增用于计量水、气、汽的各类计量仪表，每一区域的电度表包含现有和新增用于电计量的计量仪表；所述接入层也被划分相应区域，每一区域的接入层对应设有接入交换机、若干工业网关、若干数采网关和若干电量采集终端。3.如权利要求2所述的数据采集网络架构，其特征在于，所述计量控制层各区域的PLC/DCS控制系统具备或通过增加通讯模块具备RJ45以太网通讯功能；所述计量控制层各区域的流量计、电度表具备或通过升级更换具备RS485串口通讯功能。4.如权利要求2所述的数据采集网络架构，其特征在于，所述接入层各区域的工业网关支持主流PLC/DCS控制系统厂家的通讯协议，各RJ45以太网通道之间相互独立；所述接入层各区域的工业网关通过RJ45以太网通道下接计量控制层对应区域的PLC/DCS控制系统，每个RJ45以太网通道接入一套独立的或多套已组成控制局域网的PLC/DCS控制系统；所述接入层各区域的工业网关通过RJ45以太网通道上连本区域内的接入交换机，或直接上连汇聚层的环网骨干交换机；所述接入层各区域的数采网关、电量采集终端支持主流表计厂家的通讯协议；所述接入层各区域的数采网关、电量采集终端通过RS485串口通道分别下接计量控制层对应区域的流量计、电度表，每个RS485串口通道最多限串8块流量计、电度表；所述接入层数采网关、电量采集终端通过RJ45以太网通道上连本区域内的接入交换机，或直接上连汇聚层的环网骨干交换机；对于仅需上传少量计量仪表数据、距离远且不易铺设通讯线缆的区域，区域内的数采网关、电量采集终端具有GPRS无线发射功能，通过GPRS无线网络，直接将数据上传至核心层前置服务器；所述接入层各区域的接入交换机通过RJ45以太网通道分别下接本区域内的工业网关、数采网关和电量采集终端，通过RJ45以太网通道上连汇聚层环网骨干交换机。5.如权利要求4所述的数据采集网络架构，其特征在于，对于上传包含PLC\DCS控制系统、各类计量仪表在内的大数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建勇，潘仁秋，沙海源，徐悦，林阳，段勇刚，洪丽强，王碧锋，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32