GPRS網(wǎng)絡(luò )的PLC分布式控制系統

　　引 言

　　自20世紀90年代以來(lái)，數字化技術(shù)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并且日益滲透到各個(gè)領(lǐng)域，智能家居在21世紀將成為現代社會(huì )和家庭的新時(shí)尚。作為通用工業(yè)控制計算機的PLC，30多年來(lái)不論是在功能上還是在應用領(lǐng)域方面，都有著(zhù)從邏輯控制到數字控制、單體控制到運動(dòng)控制、過(guò)程控制到集散控制的飛躍，今天的可編程序控制器PLC正成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設備，在世界各地發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。

　　而隨著(zhù)PLC應用的迅猛發(fā)展，各種高級控制策略不得不面對不同的對象在大跨距分散地點(diǎn)下的遠程控制應用，如何實(shí)現大范圍分布式應用中各種現場(chǎng)數據傳輸處理及遠程控制，遠程維護等就是很現實(shí)的問(wèn)題，這其中的前提之一就是各種數據包的遠程傳輸.

　　以前，有的PLC應用系統中采用了無(wú)線(xiàn)數傳電臺通信來(lái)達到遠程控制PLC的目的，但是這種方案仍然存在一些缺陷，主要就是其分布范圍仍然較為有限，而且隨著(zhù)通信距離的增加，其可靠性受到很大影響。 目前最新應用趨勢是將PLC控制系統與現有GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)集成，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，可以實(shí)現全國，甚至全球范圍內的數據超遠程可靠傳輸，進(jìn)而達到數據遠程分析處理，遠程控制的目的。

　　GPRS+PLC方案優(yōu)點(diǎn)

　　中國移動(dòng)GPRS系統可提供廣域的無(wú)線(xiàn)IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構建分布式PLC控制系統，實(shí)現PLC的無(wú)線(xiàn)數據傳輸具有可充分利用現有網(wǎng)絡(luò )，縮短建設周期，降低建設成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設備安裝方便、維護簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)比較分析，我們選擇中國移動(dòng)的GPRS系統作為分布式PLC控制系統的數據通信平臺。

　　GPRS無(wú)線(xiàn)通信系統具備如下特點(diǎn)：

　　1、可靠性高：

　　與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協(xié)議通信，避免了數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個(gè)監測點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行數據傳輸，互不干擾。GPRS網(wǎng)絡(luò )本身具備完善的頻分復用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。

　　2、實(shí)時(shí)性強：

　　GPRS具有實(shí)時(shí)在線(xiàn)的特性，數據傳輸時(shí)延小，并支持多點(diǎn)同時(shí)傳輸，因此GPRS監測數據中心可以多個(gè)監測點(diǎn)之間快速，實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向通信，很好地滿(mǎn)足系統對數據采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。目前GPRS實(shí)際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿(mǎn)足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

　　3、監控范圍廣：

　　GPRS網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)實(shí)現全國范圍內覆蓋，并且擴容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿(mǎn)足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。對于分布在全市/全省范圍內，或全國范圍的PLC控制系統，采用GPRS網(wǎng)絡(luò )是其理想的選擇。

　　4、系統建設成本低：

　　由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無(wú)需建設網(wǎng)絡(luò )，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網(wǎng)絡(luò )維護費用。

　　5、系統運營(yíng)成本低：

　　采用GPRS公網(wǎng)通信，全國范圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫游費用， GPRS網(wǎng)絡(luò )可按數據實(shí)際通信流量計費，（1分-3分/1K字節），也可以按包月不限流量收費，從而實(shí)現了系統的低成本通信。

　　6、系統的傳輸容量，擴容性能好：

　　監控中心要和每一個(gè)PLC控制現場(chǎng)實(shí)現實(shí)時(shí)連接。系統要求能滿(mǎn)足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS技術(shù)能很好地滿(mǎn)足傳輸突發(fā)性數據的需要；由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個(gè)監測中心可輕松支持上千個(gè)現場(chǎng)PLC數據通信。

　　7、GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環(huán)境：

　　雖然與遠在千里的數據中心進(jìn)行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時(shí)卻只需與附近的移動(dòng)基站通信即可，其整體功耗與一臺普通GSM手機相當， 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統數傳電臺小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽(yáng)能供電或蓄電池供電的場(chǎng)合下使用。

　　系統構成

　　1、現場(chǎng)控制/采集點(diǎn)：

　　現場(chǎng)監控點(diǎn)由PLC實(shí)現自動(dòng)控制，并采集相關(guān)信息，通過(guò)RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，PLC采集到的設備信息通過(guò)GPRS DTU終端對數據進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

　　2、監控中心：

　　a）公網(wǎng)接入方案

　　服務(wù)器采用公網(wǎng)方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專(zhuān)線(xiàn)寬帶上網(wǎng)等，申請公網(wǎng)固定IP地址；可以實(shí)現中小容量的系統應用。

　　b）專(zhuān)網(wǎng)接入方案

　　服務(wù)器采用省移動(dòng)通信公司提供的DDN專(zhuān)線(xiàn)， 申請配置固定IP地址，與GPRS網(wǎng)絡(luò )相連。由于DDN專(zhuān)線(xiàn)可提供較高的帶寬，當現場(chǎng)PLC數量增加，中心不用擴容即可滿(mǎn)足需求，可實(shí)現大容量系統應用。

　　監控中心RADIUS服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的數據后先進(jìn)行AAA認證，后傳送到監控中心計算機主機，通過(guò)系統軟件對數據進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數據處理，這樣進(jìn)一步增強了系統數據通信安全性能。

　　3、GPRS/GSM移動(dòng)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )：

　　PLC采集的數據經(jīng)GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò )空中接口功能模塊同時(shí)對數據進(jìn)行解碼處理，轉換成在公網(wǎng)數據傳送的格式，通過(guò)中國移動(dòng)的GPRS無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。

　　系統方案

　　各現場(chǎng)控制點(diǎn)使用成都眾山科技有限公司的ZSD3120 GPRS DTU透明數據傳輸終端，通過(guò)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )與監控中心相連。各現場(chǎng)控制點(diǎn)的GPRS DTU使用移動(dòng)通信公司的GPRS普通數據卡或APN專(zhuān)用數據卡，同時(shí)監控中心對各點(diǎn)GPRS終端編號進(jìn)行登記， 并與現場(chǎng)控制點(diǎn)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便識別和維護處理。監控中心運行監控系統軟件，實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)控制點(diǎn)的相關(guān)數據。