1/6无线GPRS、CDMA技术在SCADA系统中的应用Application of Wireless GPRS and CDMA Technologies in the SCADA System摘要：该论文介绍无线GPRS、CDMA通讯技术在SCADA系统中应用，包含了系统网络结构搭建、软/硬件配置方式、应用特点、功能实现等内容。关键词：SCADA系统 、无线GPRS、CDMA、PLC、RTU、通讯接口、通讯软件Abstract: This article introduces the application of wireless GPRS and CDMA technologies (VPN and VPDN) in the SCADA system. It describes the application characteristics and how to establish the SCADA system, configure software and hardware for the system, and implement SCADA functions.Key words: SCADA system, wireless GPRS, wireless CDMA, PLC, RTU, communication interface, communication software一 概述SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。由于各个应用领域对 SCADA 的要求不同，所以不同应用领域的 SCADA 系统发展也不完全相同。在冶金行业它作为能源管理系统（EMS 系统）的一个最主要的子系统，它对提高设备运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。目前 SCADA 系统中采用的数据通信可分为有线和无线两大类，其中有线通信主要包括架设光缆、电缆，租用电信部门的电话线、DDN(Digital Data Network，数字数据网)、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线路)等。无线通信主要为短波通信、扩频通信、卫星通信、GSM(Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统)通信及 GPRS、CDMA，通信等。在 SCADA 系统中，由于存在各监控点地理位置的特殊性，存在着如监测点数量多、分布范围广且距离远甚至地处偏僻等问题。随着通信技术的不断发展完善，组网灵活、造价较低、建设期短、运行维护简单、性价比较高的无线通信在SCADA 系统中逐渐成为一种趋势。GSM 网络经过移动通信部门的多年建设，近年来覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是近年来推出的 GPRS 新业务，十分符合 SCADA 系统的使用特点。同类的有联通的 CDMA 业务。二 系统构成 2/6SCADA 系统主要由 MCC（调度监控中心）、网络通讯系统、 SCC 或 SCS 即本地监控站及现场检测仪表、传感器、变送器、执行机构等部分组成，实现实时中央监控和统一调度管理的功能。因此按大的功能划分，系统在逻辑上可分为三层，见下图：地处偏僻站点施工不便站点SCC简单数采站SCC光纤 GPRS/CDMAMCC其他系统 SCADA仿真接口第一层：中心调度层第二层：网络通讯层第三层：本地监控层大数据量站点重要站点系统总体分层结构第一层：中心调度层，中心调度层主要由调度中心系统、通信服务系统、数据库系统、SCADA 系统构成。 调度中心系统：是建立在 SCADA 基础上，实现整个工艺现场监控和调度的管理系统； SCADA 系统：通过广域网与各本地监控站点建立通信，获取工艺设备运行的实时数据，实现整个工艺的遥测、遥信、遥控、遥调功能，完成对整个工艺数据集中采集和监控，并对采集数据进行分析和处理，建立报表系统，为其它管理系统提供基础数据。 数据库系统：将 SCADA 系统提供的管网运行状况实时监测数据非实时数据有机地统一起来，实现数据及信息的无缝连接和交换，以及系统的跨平台、跨系统、跨网络、跨应用的集成。SCADA 系统数据由实时数据库和历史数据库组成。第二层：网络通信层系统的网络通信包括局域网通信、广域网通信两部分。 局域网通信：在中心调度层的各系统，采用 1000Mbit/s 全交换式以太网作为骨干网络，通过高档次 1000Mbit/s 交换机，实现网络连接，子系统交换机实现 1000Mbit/s 以太网和 100Mbit/s 以太网的平滑过渡，采用 100Mbit/s 全交换式以太网作为各子系统的骨干网络，并实现 100Mbit/s 到桌面。在 SCADA 系统与广域网路由器之间，采用 3/6100Mbit/s 全交换式交换机，建立单独的快速以太网连接通路，对实时通信网络与非实时通信网采用隔离措施。通信协议采用 TCP/IP。 广域网通信：对于 SCADA 系统的广域网通信，从中心调度层到各 SCC 之间的广域网连接，通过广域网路由器和租用专业通信公司的信道，以光纤和 GPRS/CDMA 方式，实现远程数据的传递和交换。通信协议采用 MODBUS 通信协议，对于重要站点采用光纤为主通讯网，GPRS 为备用通讯网，对一些地处偏僻的站点采用 GPRS为主通讯网，CDMA 为备通讯网。第三层：本地监控层本地监控层由 RTU/PLC、智能仪表、传感器、变送器、执行机构等组成，独立完成各本地监控点的数据采集和闭环控制功能。通过网络通信，为调度中心提供可靠的现场实时数据，同时也能接受调度中心发来的控制和参数设定指令。SCADA 系统拓扑图会签CONFIRMED设计D E S I G N B Y制图D R A W I N G B Y校核C H E C K E D B Y审核V E R I F I E D B Y审定A P P R O V E D B Y批准C O N F I R M E D B Y系统图比例S C A L E设计项目I T E MS C A D A 系统设计阶段D E S I G N S T A G E设计图第 1 张P A G E N O .共 1 张T O T A L P A G E S图号 D R A W I N G N O .中 心 机 房S C A D A 系 统 网 络 拓 扑 图1 6 K V A U P S 4 小时1 0 / 1 0 0 M 自适应双网防火墙S C A D A服务器主S C A D A服务器备激光报表打印机调 控 中 心1 0 / 1 0 0 M 自适应网络公 司 相 关 科 室总经理办公室 其他相关科室市场部 财务部 运保部工程师站操作员站通信 服务器 备通信 服务器 主重 要 站 点 远 程 监 控 （ 站 控 / 视 频 安 防 / 火气 / E S D ）C D M A 备信道后备电池 4 H站控系统A I D I进口压力 出口压力 切断报警 泄漏 门禁双网 1 0 / 1 0 0 M 自适应双网交换机 硬盘录像机防爆摄像机冗余 P L C扩展站操作员站 视频工作站U P S 2 H视频服务器历史数据库服务器W E B 服务器重 要 站 点 远 程 监 控 （ 站 控 / 视 频 安 防 / 火 气 / E S D ）双网 1 0 / 1 0 0 M 自适应双网交换机 硬盘录像机防爆摄像机冗余 P L C扩展站操作员站 视频工作站U P S 2 HR T U 控制器偏 僻 、 施 工 不 便 站 点操作员站视频工作站维护笔记本多屏拼接器针式报警打印机G P S 授时器备用通讯G R R S 备用通讯G R R S R o u t e r数字线路 （ 主通信信道 ）P - 5 6路由器V P D N 专网C D M A （ 备用网络 ）G R R S 主信道A P N 专网G P R S （ 主通信网络 ）P - 5 6视频解码器 （ 视频软矩阵 ）三 系统简介SCADA系统监控中心的常规软、硬件配置如下表：序号 设备名称 数量 单位 备注1 SCADA/WEB 服务器 2 台2 通信服务器 2 台 4/63 数据库服务器 1 台4 操作员工作站 2 台5 工程师工作站 1 台6 GPS 授时器 1 台7 报表/事件打印机 1 台8 网络交换机 2 台9 网络防火墙 2 台10 网络路由器 2 台11 UPS 1 台12 SCADA 软件 1 套13 数据库软件 1 套14 通讯软件 1 套SCADA系统底本地监控层的主要硬件设备为PLC、RTU和无线 DTU，PLC、RTU通过无线DTU与远程调度中心通讯，采用无线通讯时，RTU或PLC需提供通讯接口（RS485 、RS422 、 RS232），通讯协议为 MODBUS或DNP3协议。无线DTU具备透明传输功能，把实时数据传给通讯服务器，通讯服务器通过OPC的方式把数据传给SCADA系统。1. 无线DTU说明DTU具备透明数据传输功能，本地监控层PLC或RTU把采集上的数据组包通过DTU发送至通讯服务器，通讯软件做解包处理。功能特性如下：支持 3G 网络 数据终端永远在线 支持虚拟数据专用网 支持数据中心与网络管理 在线检测与断线自动重拨 上、下线控制用户设备上、下线控制接口用户数据触发上、下线控制定时上、下线控制 STK/UTK 卡特殊功能配置 自诊断与告警输出 优化电磁兼容设计，适合电磁环境恶劣的应用需求 5/6内置 DHCP 服务 防火墙与虚拟地址转换(NAT) 支持 DMZ 主机、支持 DDNS 支持、路由表、支持封包过滤、支持移动网络流量统计 2. 通讯软件说明通讯软件的主要功能是能够把本地监控层的PLC和RTU采集的数据通过GPRS/CDMA无线网络的方式采集到通信软件，通信软件提供标准的OPC功能，上位的组态软件通过OPC接口可以直接从通信软件获取实时数据，通信软件同时具备将实时数据保存到数据库的功能。在使用通信软件时，要运行本通信软件的通讯服务器要有固定的IP地址，即底层无线DTU里配置的公网IP。若服务器局域网内，那么需要网路由器上的端口，让其映射到本台计算机上来, 如果运行通信软件的计算机和运行组态软件的计算机是分布在网络上的不同节点时，需要配置DCOM环境。主要功能有： 实时数据传输。远程RTU、PLC主动发出数据包，通信软件回复确认包，实时数据发送的优先权大于其它任何数据； 本地存储功能。远程RTU采集的数据由于网络不稳定等一些原因不能及时发到通信软件，远程RTU可以在本地保存该条数据,一旦通信重新建立连接RTU可以把保存的数据发送过来； 逢变上报。报警越限（模拟量高高限、模拟量低低限）后，远程RTU进入加速采集状态，数据采集间隔变为系统设定参数中加速。持续的时间是加速数据采集状态有效时间参数设定的时间。 加速采集。现场调度人员如果想对某站点的数据进行分析，可以加速采集远程RTU的数据。 数据库存储功能，实时数据立即存储，补传数据在补传成功时写入数据库。3. 网络说明现场网络采用冗余配置，对于重要站点以光纤为主通讯网络，无线GPRS为备用网络；当光纤信号出现故障时，可通过通讯软件切换到无线GPRS通讯，对于地处偏僻的站点以无线GPRS为主通讯网络，无线CDMA为备用通讯网络。当GPRS信号出现故障时，可通过通讯软件切换到无线CDMA通讯，通过通讯链路的冗余配置充分保障了系统的稳定性。光纤网络是自组的局域网不再累述，无线网络需要向当地运营商申请VPN专网（移动）和VPDN专网（联通），通过调度中的路由器经防火墙映射到调度中心通讯服务器，下面具体介绍一下无线网络