使用GPRS技术的SCADA－RTU通信设备

所属行业: 石油与天然气，水处理，电力
环境监视产品: STARDOM FCN/FCJ智能型RTU，FAST/TOOLS SCADA软件包

简介

使用GPRS与动态IP，实现可靠而低成本的SCADA-RTU间通信

本应用实例对连接远程终端(RTU)和监控与数据采集(SCADA)系统之间的通信系统进行了概述。除了介绍横河电机STARDOM FCN/FCJ智能型远程终端(RTU)与FAST/TOOLS SCADA软件包之间的遥测通信连接，本文中还包括以下内容:
- 通过使用GPRS降低成本
- 支持多种网络服务提供商(ISP)配置
- GPRS的故障转移通信功能

预期收益

- 通过利用商用的通用(COTS)网络组件降低初期投资
- 通过减少数据包数量降低通信系统成本

背景

风力发电

在很多行业以及具体应用中都要求远程数据监视，比如石油与天然气、电力、水处理以及环境监测。在这些具体应用中，相当多的远程终端(RTU)从很远的或者危险场所中的设备采集数据，并向中央主控室(CCR)的SCADA终端发送数据记录和报警。在远程终端(RTU)和SCADA系统间安装的遥测设备负责收发数据。使用遥测技术的根本性问题是成本(初投资与通信费用)和通信的稳定性。随着偏远地区IT网络基础设施的改善，遥测应用中的商用网络基础设施会变得更加普遍，这样可以降低初期启动成本，并且可以提供相对稳定的通信。

通过使用GPRS降低成本

不管实际上是否发送数据，传统的电话线在连接时间内的每一分钟都会付费。另一方面，在全球移动通信系统(GSM)中使用GPRS移动数据业务时，资费标准是通信的流量，而不取决于连接时间。为了最大限度地利用GPRS，横河电机的STARDOM FCN/FCJ智能远程终端(RTU)与FAST/TOOLS SCADA软件包设计了数项功能，以减少必须发送的软件包数量。这种无需在响应时间内等待(如报警)的方式大大降低了通信费用。在最近的一个项目中，成功减少了80%的软件包数量。

系统配置
	注:	从理论上来说GPRS的传输速率最大为171.2kbps。但常见的传输速率一般介于30～50 kbps之间，这是因为它受到某些因素的限制，比如到基站(BTS)的距离，以及同一区域内的用户数量。

例外报告

如果所有数据都要保存的话，RTU上的数据记录量将极为庞大。为了减少储存数据量，FCN/FCJ仅记录最终时间戳以后发生变化的数据。FAST/ TOOLS定期监视在FCN/FCJ上发生变化的数据，并且仅在一些特定情况下采集数据，比如当数据发生变化，报警发生，或者操作员按下刷新按钮。当FAST/TOOLS读取数据时，它被加盖时间戳，并合并入其趋势数据缓冲区，即使在网络故障以及需要恢复时也能确保完整的趋势数据图表。

多种ISP配置的支持

FCN/FCJ RTU能通过ISP连接到GPRS/GSM网络。尽管根据国家与地区不同服务类型各异，ISP均会按常规实施网络协议(IP)地址分配。

IP地址

一个IP地址是分配给设备的唯一地址，这样它们就能在一个网络上互相识别和通信。一共有两种IP地址: 一种是静态IP地址，它是网络中唯一且固定的IP地址；另一种是动态IP地址，它在设备每次启动时由动态主机配置协议(DHCP)进行分配。

使用静态IP地址进行RTU与SCADA的通信

RTU与SCADA基于静态IP地址进行收发数据。

静态IP地址
SCADA基站使用静态IP地址从RTU获取数据记录。

使用动态IP地址进行RTU与SCADA的通信

假如ISP不提供静态IP地址，或假如静态IP地址的服务费比动态IP地址高，从而无法为每一台RTU提供一个静态IP地址，这种情况下，就必须使用动态IP地址。此时，要求动态域名系统(DDNS)将主机名转换成动态IP地址，这样RTU和SCADA就能使用一个固定的主机名进行通信。即使本地供应商不能提供DDNS服务，FAST/TOOLS和FCN/FCJ RTU也能与位于相同机房的DDNS服务器构成FAST/TOOL系统，从而互相进行通信。FCN/FCJ RTU自主发送其主机名和IP地址到DDNS服务器，该服务器拥有一个固定的IP地址，之后由DDNS管理FCN/FCJ RTU的主机名与IP地址。

动态IP地址
SCADA基站通过使用固定主机名从RTU获取数据记录

GPRS的故障转移通信

如你所知，GSM移动电话网络会受到天气条件或电信号干扰的影响，在极端恶劣的情况下通信甚至无法进行。这种情况下，基于GSM网络的、SCADA系统与RTU之间的GPRS连接随时会中断。但是FCN/FCJ RTU能自动重建通信连接

通过监视点对点(PPP)状态进行重新连接

FCN/FCJ智能型RTU使用嵌入式PPP协议建立GPRS网络连接。假如PPP通信连接中断，FCN/FCJ RTU就会监视PPP状态，并定期重建与GPRS网络的连接。借助这种功能，FAST/TOOLS与FCN/FCJ RTU之间的连接就得到了保证。这一功能与系统采集数据的性能相结合，可以确保数据永不丢失: 只要重建通信连接，FAST/TOOLS就会自动“抓取”数据。