引 言
自20世紀(jì)90年代以來，數(shù)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(jì)將成為現(xiàn)代社會(huì)和家庭的新時(shí)尚。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的PLC,，30多年來不論是在功能上還是在應(yīng)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(yùn)動(dòng)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(yīng)用的迅猛發(fā)展,，各種高級(jí)控制策略不得不面對(duì)不同的對(duì)象在大跨距分散地點(diǎn)下的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用，如何實(shí)現(xiàn)大范圍分布式應(yīng)用中各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸處理及遠(yuǎn)程控制,，遠(yuǎn)程維護(hù)等就是很現(xiàn)實(shí)的問題,，這其中的前提之一就是各種數(shù)據(jù)包的遠(yuǎn)程傳輸.
以前，有的PLC應(yīng)用系統(tǒng)中采用了無線數(shù)傳電臺(tái)通信來達(dá)到遠(yuǎn)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(yīng)用趨勢(shì)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(shí)現(xiàn)全國,，甚至全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)超遠(yuǎn)程可靠傳輸，進(jìn)而達(dá)到數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理,，遠(yuǎn)程控制的目的,。
GPRS+PLC方案優(yōu)點(diǎn)
中國移動(dòng)GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建分布式PLC控制系統(tǒng),，實(shí)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(diǎn),，而且設(shè)備安裝方便,、維護(hù)簡單。經(jīng)過比較分析,，我們選擇中國移動(dòng)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(tái),。
GPRS無線通信系統(tǒng)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(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(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)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(fù)用機(jī)制,，并具備極強(qiáng)的抗干擾性能,，完全避免了傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)的多機(jī)頻段“碰撞”現(xiàn)象。
2、實(shí)時(shí)性強(qiáng)：
GPRS具有實(shí)時(shí)在線的特性,，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延小,，并支持多點(diǎn)同時(shí)傳輸，因此GPRS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心可以多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間快速,，實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向通信,，很好地滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。目前GPRS實(shí)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(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)覆蓋,，并且擴(kuò)容無限制,，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū),、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求,。對(duì)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(tái),，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(hù)費(fèi)用,。
5、系統(tǒng)運(yùn)營成本低：
采用GPRS公網(wǎng)通信,，全國范圍內(nèi)均按統(tǒng)一費(fèi)率計(jì)費(fèi),，省去昂貴的漫游費(fèi)用， GPRS網(wǎng)絡(luò)可按數(shù)據(jù)實(shí)際通信流量計(jì)費(fèi),，（1分-3分/1K字節(jié)）,，也可以按包月不限流量收費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低成本通信,。
6,、系統(tǒng)的傳輸容量，擴(kuò)容性能好：
監(jiān)控中心要和每一個(gè)PLC控制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(kuò)展性能,，一個(gè)監(jiān)測(cè)中心可輕松支持上千個(gè)現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)在千里的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行雙向通信,，GPRS數(shù)傳設(shè)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(tái)普通GSM手機(jī)相當(dāng),， 平均功耗僅為200毫瓦左右,，比傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)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(chǎng)合下使用,。
系統(tǒng)構(gòu)成
1,、現(xiàn)場(chǎng)控制/采集點(diǎn)：
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(hào)/電信專線寬帶上網(wǎng)等,，申請(qǐng)公網(wǎng)固定IP地址；可以實(shí)現(xiàn)中小容量的系統(tǒng)應(yīng)用,。
b）專網(wǎng)接入方案
服務(wù)器采用省移動(dòng)通信公司提供的DDN專線,， 申請(qǐng)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(dāng)現(xiàn)場(chǎng)PLC數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求,，可實(shí)現(xiàn)大容量系統(tǒng)應(yīng)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(jìn)行AAA認(rèn)證，后傳送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)主機(jī),，通過系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示,，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這樣進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能,。
3,、GPRS/GSM移動(dòng)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(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(chǎng)控制點(diǎn)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(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連,。各現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的GPRS DTU使用移動(dòng)通信公司的GPRS普通數(shù)據(jù)卡或APN專用數(shù)據(jù)卡，同時(shí)監(jiān)控中心對(duì)各點(diǎn)GPRS終端編號(hào)進(jìn)行登記， 并與現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián),，以便識(shí)別和維護(hù)處理,。監(jiān)控中心運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù),。
產(chǎn)品特性
系統(tǒng)采用ZSD3120 GPRS DTU無線透明數(shù)據(jù)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(qiáng)等特點(diǎn),，提供標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485接口， 可直接與PC,、單片機(jī)系統(tǒng),、RTU測(cè)控終端、PLC,、GPS接收機(jī),、數(shù)據(jù)集中器等連接，具有遠(yuǎn)程診斷,、測(cè)試,、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠(yuǎn)端站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)采集和控制,。
1,、內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，針對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化
2,、提供GPRS無線數(shù)據(jù)雙向傳輸功能
3,、提供RS232/RS485/RS422接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+標(biāo)準(zhǔn)
5,、支持自動(dòng)心跳,，保持永久在線
6、透明數(shù)據(jù)傳輸：為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供雙向100K大容量數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，支持大數(shù)據(jù)包傳輸
7,、自動(dòng)撥號(hào)連接：DTU上電自動(dòng)撥號(hào)上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò),，支持用戶端發(fā)起命令連接或遠(yuǎn)程喚醒連接
8,、提供短信通道，內(nèi)置Unicode國際編碼轉(zhuǎn)換表
9,、支持遠(yuǎn)程短信/電話喚醒
10,、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接情況，掉線自動(dòng)重?fù)芄δ?/p>
11,、支持中心為固定IP或動(dòng)態(tài)域名
12,、心跳報(bào)告時(shí)間間隔用戶可設(shè)定
13,、支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn),、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)對(duì)等 數(shù)據(jù)傳輸
14,、支持APN數(shù)據(jù)專網(wǎng)業(yè)務(wù)
15、安裝靈活,、使用方便,、可靠
16、支持多數(shù)據(jù)中心,，自動(dòng)切換
17,、適應(yīng)低溫和高溫工作環(huán)境
18、EMC抗干擾設(shè)計(jì),，適合電磁惡劣環(huán)境應(yīng)用
19,、復(fù)合式看門狗技術(shù)，永不當(dāng)機(jī)
20,、整機(jī)低功耗技術(shù),，在線待機(jī)電流<20mA
安全措施
由于遠(yuǎn)程控制的特殊性，系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性,。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密,、信源加密,、登錄防護(hù)、訪問防護(hù),、接入防護(hù),、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行,，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
監(jiān)控中心可通過公網(wǎng)接入,，或者到移動(dòng)專網(wǎng)接入,，采用公網(wǎng)接入方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線,，而使用數(shù)據(jù)專線接入時(shí),，GPRS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證， 整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù),，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(shù)據(jù)專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置APN服務(wù)器,，移動(dòng)終端使用APN數(shù)據(jù)專網(wǎng),，由于采用數(shù)據(jù)專網(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(duì)用戶SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán),，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,，只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問專用APN,，移動(dòng)終端與監(jiān)控中心采用中國移動(dòng)分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無法呼叫專門的APN,。
3,、可以為每個(gè)GPRS數(shù)據(jù)傳設(shè)備單獨(dú)配置 DTU ID號(hào)和密碼，通過監(jiān)控中心在其登陸時(shí)進(jìn)行應(yīng)用層認(rèn)證,，其他沒有中心分配的DTU ID號(hào)和密碼的GPRS的設(shè)備將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng),，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4,、數(shù)據(jù)加密：可對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù),。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件,，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能,，保障系統(tǒng)安全。
結(jié) 論
監(jiān)控中心采用有線方式,，租用靜態(tài)IP目前費(fèi)用約800～1500元/月,。采集點(diǎn)采用GPRS無線方式，流量費(fèi)用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費(fèi)方式,，按流量計(jì)算0.01元-0.03元/KB,，而包月制20元/月有1024KB流量，估計(jì)日后其費(fèi)用會(huì)逐步降低,。
對(duì)于用戶來說,，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實(shí)惠,。另外,，由于接入設(shè)備可以移動(dòng)，當(dāng)控制點(diǎn)搬遷時(shí)設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用,，可以保護(hù)用戶原有投資,。