簡(jiǎn)述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。

產(chǎn)品特性

系統采用ZSD3120 GPRS DTU無(wú)線(xiàn)透明數據傳輸終端。產(chǎn)品基于中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò )，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點(diǎn)，提供標準RS232/RS485接口，可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿(mǎn)足各行業(yè)調度或控制中心與眾多遠端站點(diǎn)之間的數據采集和控制。

1、內置TCP/IP協(xié)議棧，針對GPRS網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化
2、提供GPRS無(wú)線(xiàn)數據雙向傳輸功能
3、提供RS232/RS485/RS422接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+標準
5、支持自動(dòng)心跳，保持永久在線(xiàn)
6、透明數據傳輸：為用戶(hù)的數據設備提供雙向100K大容量數據緩沖區，支持大數據包傳輸
7、自動(dòng)撥號連接：DTU上電自動(dòng)撥號上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò )，支持用戶(hù)端發(fā)起命令連接或遠程喚醒連接
8、提供短信通道，內置Unicode國際編碼轉換表
9、支持遠程短信/電話(huà)喚醒
10、實(shí)時(shí)監測網(wǎng)絡(luò )連接情況，掉線(xiàn)自動(dòng)重撥功能
11、支持中心為固定IP或動(dòng)態(tài)域名
12、心跳報告時(shí)間間隔用戶(hù)可設定
13、支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)、多點(diǎn)對多點(diǎn)對等 數據傳輸
14、支持APN數據專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)
15、安裝靈活、使用方便、可靠
16、支持多數據中心，自動(dòng)切換
17、適應低溫和高溫工作環(huán)境
18、EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣環(huán)境應用
19、復合式看門(mén)狗技術(shù)，永不當機
20、整機低功耗技術(shù)，在線(xiàn)待機電流20mA
安全措施

由于遠程控制的特殊性，系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統內外的有意和無(wú)意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò )安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪(fǎng)問(wèn)防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時(shí)不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

監控中心可通過(guò)公網(wǎng)接入，或者到移動(dòng)專(zhuān)網(wǎng)接入，采用公網(wǎng)接入方式成本比較低，企業(yè)不用租用專(zhuān)線(xiàn)，而使用數據專(zhuān)線(xiàn)接入時(shí)，GPRS數據傳輸設備要經(jīng)過(guò)Radius服務(wù)器的認證，
整個(gè)數據傳送過(guò)程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量。

1、APN數據專(zhuān)網(wǎng)模式：企業(yè)內部網(wǎng)絡(luò )中配置APN服務(wù)器，移動(dòng)終端使用APN數據專(zhuān)網(wǎng)，由于采用數據專(zhuān)網(wǎng)，服務(wù)器與公網(wǎng)Internet隔離，可以有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性，對用戶(hù)SIM卡手機號碼進(jìn)行鑒別授權，在網(wǎng)絡(luò )側對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶(hù)可接入某系統的范圍，只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)用APN，移動(dòng)終端與監控中心采用中國移動(dòng)分配的專(zhuān)門(mén)的APN進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入，普通手機的SIM卡號無(wú)法呼叫專(zhuān)門(mén)的APN。

3、可以為每個(gè)GPRS數據傳設備單獨配置 DTU ID號和密碼，通過(guò)監控中心在其登陸時(shí)進(jìn)行應用層認證，其他沒(méi)有中心分配的DTU
ID號和密碼的GPRS的設備將無(wú)法登錄進(jìn)入系統，系統的安全性進(jìn)一步增強。

4、數據加密：可對整個(gè)數據傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護。
5、網(wǎng)絡(luò )接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網(wǎng)絡(luò )鑒權和安全防范功能，保障系統安全。

結 論

監控中心采用有線(xiàn)方式，租用靜態(tài)IP目前費用約800～1500元/月。采集點(diǎn)采用GPRS無(wú)線(xiàn)方式，流量費用目前有包月制和按數據量?jì)煞N收費方式，按流量計算0.01元-0.03元/KB，而包月制20元/月有1024KB流量，估計日后其費用會(huì )逐步降低。

對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，由于通信費用較低，享受到了實(shí)惠。另外，由于接入設備可以移動(dòng)，當控制點(diǎn)搬遷時(shí)設備可隨之遷移并可繼續使用，可以保護用戶(hù)原有投資。