基于GPRS/PLC的遠程監(jiān)控系統(tǒng)
關鍵詞：PLC、DTU、GPRS、上位機組態(tài)軟件
一、 現(xiàn)狀及要求
近來，許多的用戶為了提高生產(chǎn)效率、降低維護成本、延長設備使用壽命，對其各個設備的運行狀況、現(xiàn)場環(huán)境等提出了更高的要求，也就是說，要求在未出現(xiàn)設備故障前或一旦出現(xiàn)故障情況，要求設備系統(tǒng)運行商能快速準確了解現(xiàn)場設備的使用狀況，提供維修策略及方案，恢復設備運行。顯然，要做到這些，各使用商必須實時了解設備在現(xiàn)場的運行情況。而另一方面設備廠商也想及時、實時了解所生產(chǎn)的設備在各地客戶現(xiàn)場運行實際情況，特別是新開發(fā)的設備，以便改進工藝、完善設計，提高設備出廠制造質(zhì)量和現(xiàn)場運行穩(wěn)定性、可靠性等。
緣此，我公司集成實施的一種基于GPRS/PLC的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)，已成功應用于以下行業(yè)，例如供水泵站監(jiān)測系統(tǒng)，污水處理站監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)保局的大氣監(jiān)測系統(tǒng)中（CEMS）、水利局的水文監(jiān)測系統(tǒng)等。
二、 GPRS無線公網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)特點
1、良好的實時響應與處理能力。由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向實現(xiàn)對儀器設備的時間校正、狀態(tài)報告、開關以及其他監(jiān)測、控制等功能。
3、建設成本低：可充分利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡，即公網(wǎng)，設備安裝即接通。
4、安裝調(diào)試簡單，建設周期短：利用現(xiàn)有成熟GSM網(wǎng)絡，系統(tǒng)投入運行時，基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。
5、覆蓋范圍廣。監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，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。
6、采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網(wǎng)絡的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。
7、數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS網(wǎng)絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40kbps左右，很好滿足傳輸速率要求。
8、系統(tǒng)傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接。由于檢控點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?GPRS 技術能很好地滿 足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
9、通信費用低。GPRS可以采用按流量包月計費的方式，運營維護成本低。
10、特別是通訊的3G時代到來，使通訊速度更快，內(nèi)容更豐富，運營維護成本更低。
三、 控制系統(tǒng)方案設計
1、網(wǎng)絡終端系統(tǒng)組成
數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡結構示意圖
分散在異地的設備一般采用PLC進行數(shù)據(jù)采集和控制；PLC的數(shù)據(jù)通過標準的RS232C/RS485串口，將數(shù)據(jù)傳送給DTU,DTU再將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到公網(wǎng)上，因此，本系統(tǒng)要求設備制造商使用的控制器PLC應具備兩個串口，一個編程/接本地HMI，另一個為標準的RS232C/RS485串口，與DTU連接，支持標準通訊協(xié)議MODBUS/且支持自由編程通訊協(xié)議。
由可編程控制器 PLC 采集的數(shù)據(jù)通過串行接口連接(終端數(shù)據(jù)無線傳輸設備)DTU，DTU采用RS232/422/485接口，高性能、工業(yè)級、外置式，特別適用于使用環(huán)境惡劣的各種工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象等應用。DTU 利用公網(wǎng)GPRS網(wǎng)絡，連接到注冊服務器（網(wǎng)絡運營商），管理控制中心與注冊服務器通過以太網(wǎng)連接。管理員通過控制中心來管理各個分站的設備，并及時了解各分站的詳細參數(shù)。通過以太網(wǎng)連接，將各站的數(shù)據(jù)連接到INTERNET網(wǎng)絡，構成專線連接，把數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)椒⻊掌骰蛘吖芾碚叩挠嬎銠C上。
2、GPRS無線DDN系統(tǒng)構成
a．數(shù)據(jù)中心（包括注冊中心）；
b．數(shù)據(jù)傳輸通道（GPRS 網(wǎng)絡）；
c．用戶數(shù)據(jù)終端單元（GPRS----DTU）
本系統(tǒng)中網(wǎng)絡代理服務器可采用ADS、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務，處于安全性考慮，監(jiān)控中心站在局域網(wǎng)中，不直接接連在INTERNET網(wǎng)上，通過網(wǎng)絡代理服務器來負責網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉。
GPRS 數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會根據(jù)預先設定在其內(nèi)部的IP地址或者是域名來主動訪問網(wǎng)絡代理服務器，通過代理服務器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時，它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發(fā) 到終端，終端響應后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡代理服務器端口，通過端口影射轉發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成一個應答式的通訊流程。
3、控制管理中心（中心站┅固定IP）
控制管理中心主要由路由器、工控機和操作臺組成，另外到電信或網(wǎng)通申請開通512K固定IP ADSL連接INTELNET公網(wǎng)。工控機內(nèi)采用一套上位機組態(tài)軟件通過 INTELNET 訪問各網(wǎng)絡終端的DTU實現(xiàn)無線遠程監(jiān)控，對整個網(wǎng)絡進行實時管理。
四、 系統(tǒng)功能實現(xiàn)—中心站
1、 數(shù)據(jù)采集：實時顯示（各DTU終端）設備的運行工況狀態(tài)，運行時間以及設備運行工藝參數(shù)如壓力，流量，溫度等實時參數(shù)。
2、 報警功能：包括設備的欠壓，缺相以及是否有人對設備進行了操作等。當接收到報警信號首先語音報警，然后將報警信息寫入數(shù)據(jù)庫，用于故障追憶。
3、 歷史查詢：對運行人員進行的各種操作，報警信息以及模擬量實時信息進行存儲，可隨時對其進行查詢，可按時查詢，按設備對象查詢，操作員查詢；對模擬量還可進行歷史數(shù)據(jù)查詢，歷史曲線查詢等。
4、 報表功能：根據(jù)運行要求，自動生成報表，定時打印各種報表，包括日報表，周報表，年報表，班組報表等等。
五、 結束語
由于 GPRS 無線公網(wǎng) DDN 具有組網(wǎng)迅速靈活，建設周期短、成本低；網(wǎng)絡覆蓋范圍廣等特點正越來越多的被用于各個場合的遠程設備監(jiān)控系統(tǒng)，遠程監(jiān)控采用PLC和上位機組態(tài)軟件，其穩(wěn)定性、可靠性及強大通信和網(wǎng)絡管理能力保證系統(tǒng)運行可靠，穩(wěn)定，大大降低了維護成本，提高了勞動生產(chǎn)率。 |
