基于嵌入式Internet的通用型遠程終端設備-Webit-GRTU

然而，隨著(zhù)自動(dòng)化、計算機、網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)的不斷發(fā)展以及ERP戰略的廣泛實(shí)施，各種應用和服務(wù)對信息的實(shí)時(shí)性、可靠性、可擴展性等提出了越來(lái)越高的要求。目前傳統RTU無(wú)論在結構上還是實(shí)現方法上都已經(jīng)很難滿(mǎn)足實(shí)際現場(chǎng)的要求。主要表現在：(1) 通信規約不統一。存在眾多的通信規約，如DNP 3.0、Modbus、SCI、CDC、CDT等等，各大生產(chǎn)廠(chǎng)家都遵循著(zhù)自己的一套通信規約，不同設備之間的互聯(lián)及升級較困難；(2) 通訊速率較低。傳統的RTU通信方式多為RS-232/422/485總線(xiàn)方式，最基本的“四遙”量只能以秒級傳送，通信速率成為系統性能的瓶頸，已遠遠不能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)監控要求。

90年代后期，Internet/Intranet技術(shù)日趨成熟，設備網(wǎng)絡(luò )化及普適計算模式的概念不斷形成，新投入的自動(dòng)化系統及管理網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始廣泛地采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，新的自動(dòng)化控制與通訊國際標準也不斷出臺。這就要求新型的RTU能夠充分利用現有通信資源，提高數據的吞吐量，保證系統的實(shí)時(shí)性，同時(shí)又具有更好的開(kāi)放性、兼容性。為適應這一發(fā)展潮流，本文遵照國際電工委員會(huì )IEC 60870-5-104通信標準，設計了一套基于嵌入式Internet技術(shù)的通用型RTU-Webit-GRTU，可在任何Internet/Intranet的結點(diǎn)上對Webit-GRTU系統進(jìn)行全面的遠程訪(fǎng)問(wèn)，為傳統RTU低成本更新?lián)Q代開(kāi)辟了一條途徑。

1 嵌入式Internet技術(shù)與Webit

嵌入式Internet技術(shù)是一種設備接入技術(shù)或者說(shuō)是一種異種網(wǎng)絡(luò )互連技術(shù)，它主要解決的問(wèn)題是通過(guò)Web和嵌入式技術(shù)實(shí)現從不同的子網(wǎng)、不同物理區域對接入到Internet的設備和異類(lèi)子網(wǎng)進(jìn)行監控、診斷、管理及維護等操作，使用戶(hù)對接入到Internet上的各種設備或其他類(lèi)型的子網(wǎng)具有遠程監控、診斷和管理的能力。圖1為采用了嵌入式Internet技術(shù)的Webit與電視機、攝像機、UPS、RTU等設備綁定后聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)示意圖。借助Internet，打破地理上的障礙，實(shí)現全球化的通信和控制。

Internet通信協(xié)議對計算機系統的CPU速度、存儲器容量等的要求較高，用于PC機系統不存在任何困難，但是用于自身資源受限的嵌入式系統就必須根據需要有所取舍，合理選擇通信協(xié)議的實(shí)現和處理方案。Webit根據嵌入式系統的特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)內核WebitX 2.0基礎上對TCP/IP協(xié)議簇中的各層協(xié)議做了不同程度的裁減，結構小巧、成本低廉、性能可靠，同時(shí)擁有高速、開(kāi)放、實(shí)時(shí)的強大網(wǎng)絡(luò )通訊能力。

2 IEC 60870-5-104通信規約及TCP/IP協(xié)議棧

IEC 60870-5-104通信標準是“采用標準傳輸文件集的IEC 60870-5-101網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)”的遠動(dòng)傳輸規約標準。

它是根據IEC 60870-5的系列文件，將IEC 60870-5-101的應用層與TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)提供的傳輸功能相結合而形成的通信標準。

通過(guò)這個(gè)標準，在TCP/IP的框架內，可以根據實(shí)際應用需要，運用到不同的網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型，包括X.25、FR(Frame Relay) 、ATM(Asynchronous Transfer Mode)和ISDN(Integrated ServiceData Network)。圖2為IEC 60870-5-104將IEC 60870-5-101與TCP/IP協(xié)議簇相結合而形成的標準結構示意圖：由于IEC60870-5-101中未采用應用規約控制信息(APCI)，因此IEC60870-5-104 中的應用規約數據單元(APDU) 相當于IEC60870-5-101 中的應用服務(wù)數據單元(ASDU) ， 并且IEC60870-5-104還對應用規約控制信息(APCI)作了定義，所以APDU是ASDU與APCI的結合。APCI的控制域定義了防止報文丟失和重復的控制信息，以及對報文的開(kāi)始、停止和傳輸連接的監控。


3 設計與實(shí)現

3.1 設計思想

RTU作為一種遠程測控智能裝置，與Webit綁定后應將RTU與Webit的功能充分發(fā)揮出來(lái)，實(shí)現現場(chǎng)設備和Internet的透明互聯(lián)，將設備和網(wǎng)絡(luò )真正融合在一起。智能、簡(jiǎn)便、可靠、通用、開(kāi)放是這套RTU系統的基本設計思想：(1) Webit-GRTU在通訊實(shí)現上嚴格遵循IEC 60870-5-101/104通信規約，兼容所有標準的工業(yè)自動(dòng)化工作站軟件；提供API、ActiveX、OLE、DDE、OPC、COM、DCOM、ODBC等技術(shù)支持；能方便地與各種自動(dòng)化控制系統互聯(lián)，組成強大的SCADA系統。(2) 采用通訊和控制分開(kāi)的體系結構。數據采集和控制采用內部擴展總線(xiàn)，根據系統的復雜程度不同，進(jìn)行靈活的組合，獨立地完成邏輯控制。RTU通訊部分采用單獨的微控制器，并根據不同的通訊規約下載不同的軟件，便于軟件升級及擴展。(3) 使用簡(jiǎn)便。

通過(guò)嵌入式WEB服務(wù)器，技術(shù)人員在提示幫助下，通過(guò)IE或Netscape瀏覽器設置所有參數；并可通過(guò)仿真軟件，模擬現場(chǎng)情況，便于調試和培訓。(4) 通用性強，既可廣泛用于控制相對簡(jiǎn)單的普通民用設施，也可應用在惡劣環(huán)境下的復雜控制中。