基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的PLC分布式控制系統(tǒng)

　　引 言

　　自20世紀90年代以來，數(shù)字化技術(shù)取得突飛猛進的發(fā)展，并且日益滲透到各個領(lǐng)域，智能家居在21世紀將成為現(xiàn)代社會和家庭的新時尚。作為通用工業(yè)控制計算機的PLC，30多年來不論是在功能上還是在應用領(lǐng)域方面，都有著從邏輯控制到數(shù)字控制、單體控制到運動控制、過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(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。

　　而隨著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下的遠程控制應用，如何實現(xiàn)大范圍分布式應用中各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸處理及遠程控制，遠程維護等就是很現(xiàn)實的問題，這其中的前提之一就是各種數(shù)據(jù)包的遠程傳輸.

　　以前，有的PLC應用系統(tǒng)中采用了無線數(shù)傳電臺通信來達到遠程控制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(tǒng)與現(xiàn)有GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可以實現(xiàn)全國，甚至全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)超遠程可靠傳輸，進而達到數(shù)據(jù)遠程分析處理，遠程控制的目的。

　　GPRS+PLC方案優(yōu)點

　　中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建分布式PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)PLC的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點，而且設(shè)備安裝方便、維護簡單。經(jīng)過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為分布式PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。

　　GPRS無線通信系統(tǒng)具備如下特點：

　　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(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。中心可以與多個監(jiān)測點同時進行數(shù)據(jù)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(tǒng)數(shù)傳電臺的多機頻段“碰撞”現(xiàn)象。

　　2、實時性強：

　　GPRS具有實時在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此GPRS監(jiān)測數(shù)據(jù)中心可以多個監(jiān)測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

　　3、監(jiān)控范圍廣：

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實現(xiàn)全國范圍內(nèi)覆蓋，并且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。對于分布在全市/全省范圍內(nèi)，或全國范圍的PLC控制系統(tǒng)，采用GPRS網(wǎng)絡(luò)是其理想的選擇。

　　4、系統(tǒng)建設(shè)成本低：

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

　　5、系統(tǒng)運營成本低：

　　采用GPRS公網(wǎng)通信，全國范圍內(nèi)均按統(tǒng)一費率計費，省去昂貴的漫游費用， GPRS網(wǎng)絡(luò)可按數(shù)據(jù)實際通信流量計費，（1分-3分/1K字節(jié)），也可以按包月不限流量收費，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的低成本通信。

　　6、系統(tǒng)的傳輸容量，擴容性能好：

　　監(jiān)控中心要和每一個PLC控制現(xiàn)場實現(xiàn)實時連接。系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要；由于系統(tǒng)采用成熟的TCP/IP通信架構(gòu)，具備良好的擴展性能，一個監(jiān)測中心可輕松支持上千個現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心進行雙向通信，GPRS數(shù)傳設(shè)備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可，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(tǒng)數(shù)傳電臺小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。

　　系統(tǒng)構(gòu)成

　　1、現(xiàn)場控制/采集點：

　　現(xiàn)場監(jiān)控點由PLC實現(xiàn)自動控制，并采集相關(guān)信息，通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，PLC采集到的設(shè)備信息通過GPRS DTU終端對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。

　　2、監(jiān)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/電信專線寬帶上網(wǎng)等，申請公網(wǎng)固定IP地址；可以實現(xiàn)中小容量的系統(tǒng)應用。

　　b）專網(wǎng)接入方案

　　服務(wù)器采用省移動通信公司提供的DDN專線， 申請配置固定IP地址，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當現(xiàn)場PLC數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現(xiàn)大容量系統(tǒng)應用。

　　監(jiān)控中心RADIUS服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進行AAA認證，后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理，這樣進一步增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能。

　　3、GPRS/GSM移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：

　　PLC采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心IP地址。

　　系統(tǒng)方案

　　各現(xiàn)場控制點使用成都眾山科技有限公司的ZSD3120 GPRS DTU透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各現(xiàn)場控制點的GPRS DTU使用移動通信公司的GPRS普通數(shù)據(jù)卡或APN專用數(shù)據(jù)卡，同時監(jiān)控中心對各點GPRS終端編號進行登記， 并與現(xiàn)場控制點信息進行關(guān)聯(lián)，以便識別和維護處理。監(jiān)控中心運行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，實時采集現(xiàn)場控制點的相關(guān)數(shù)據(jù)。