基于力控监控组态软件的大型广域网解决方案

北京三维力控科技有限公司

随着网络技术的不断发展，Internet技术己经渗透到日常生活和工业生产的各个领域，这使得远程实时监控工业自动化生产成为可能。通过远程实时监控，技术人员无须亲临现场(尤其在恶劣环境下)就可以对现场的生产情况进行监控；另一方面，随着现代工厂信息自动化进程的加快，企业逐渐将管理、决策、市场信息和现场监控信息结合起来，实现ERP(Enterprise Resource P1anning)、MES(Manufacturing Execution System)、PCS(Process Control System)三层信息一体化的解决方案。同时，企业内部之间以及与外部交换信息的需求也在不断扩大，现代工业企业对生产的管理要求不断提高，这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，同时还要求把现场信息和管理信息结合起来，建立一套全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台，把企业的横向通信(同一层不同节点的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起，通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理，形成一个意义更广泛的综合管理系统。这是制造业以及其他许多行业所一直期望解决的问题。因此，如何利用广域网的这种网络资源共享的特性实现工业数据在广域网中的共享变得越来越重要。

广域网WAN（Wide Area Network）也称远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互联起来，达到资源共享的目的。常见的广域网形式有ADSL、VPN、GPRS/CDMA 等几种。

力控监控组态软件基于.NET的开发平台，其网络构架分为服务器和客户端模式，保证在广域网上进行稳定、可靠、迅速的双向实时数据传输和控制。力控监控组态软件结合其相应的组件可以通过 ADSL、VPN、GPRS/CDMA等链路实现在广域网的应用。

1 ADSL链路的力控软件解决方案

ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行3个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5 Mb/s的上行速度和最高24 Mb/s的下行速度。从通讯速度和实际硬件成本的角度考虑，这种Internet接入方案比较常用。网络拓扑如图1。

当服务器位于中心监控机房（有固定IP）并接入Internet时，客户端可以通过 ADSL“拨号”的方式接入 Internet，客户端、服务器端使用力控的“DataServer”组件或者是“CommServer”，将数据从实时数据库“RTDB”中取出，然后通过已经建立的链路，将数据“转发”，实现数据远程共享，如图2。

图2 数据远程共享示意图

力控CommServer是一个网络通讯的服务器组件，它是远程实时数据库的一个服务组件，是远程通讯的核心组件，支持采集站与服务器间以各种物理层方式来互相通讯。

力控 DataServer扩展组件：DataServer可以将运行力控软件的计算机虚拟成一个“从设备”（Slave端），其他SCADA软件、调度系统可以作为主端（Master端）从力控系统上采集数据。DataServer与CommServer不同的是DataServer可以主动上传数据，并且支持都是国际标准的通讯协议，可以和第三方进行标准通信，而COMMSERVER是力控专有协议，适合力控软件之间通讯。

2 VPN链路的力控解决方案

虚拟专用网络 VPN（Virtual Private Network），可以理解成是虚拟出来的企业内部专线。它可以通过特殊的加密通讯协议在连接在Internet上的位于不同地方的2个或多个企业内部网之间建立一条专有的通讯线路，就如同架设了一条专线，但是它并不需要真正铺设光缆之类的物理线路。这就像去电信局申请专线，但是不用给铺设线路的费用，也不用购买路由器等硬件设备。VPN技术原是路由器具有的重要技术之一，在交换机、防火墙设备或Windows XP等系统中也都支持VPN功能，VPN的核心就是在利用公共网络建立虚拟私有网。

在实际使用VPN网络中的2台计算机时，就可以简单地看作2个不同网段的“局域网”内的计算机之间的相互访问和资源共享来配置使用了。

服务器端计算机在10.10.10.0/24网段中，客户端计算机在 10.10.20.0/24网段中，利用力控中的“DATASERVER”组件，或者是 “CommServer”组件，通过VPN通讯链路的方式，即可实现数据的广域网内的传送。

3 GPRS/CDMA链路的力控解决方案

通用分组无线服务技术GPRS（General Packet Radio Service)，是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。 它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换。GPRS是一种以全球手机系统（GSM）为基础的数据传输技术。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）方式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算性价比的角度上考虑的，其使用性更高。

GPRS的传输速率可提升至56 Kb/s甚至114 Kb/s。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。图3即是远程监控通过GPRS链路拓扑。

GPRS网络中的另外一种设备DTU是指数据终端设备(Data Terminal Unit)，可以理解为下位GPRS发射终端，在进行通信时，传输数据的链路两端肯定存在DTU在它的作用下对所传信息进行格式转换和数据整理校验。GPRS DTU是专门用于将串口数据通过GPRS网络进行传送的GPRS无线设备。

力控 CommBridge组件：力控 CommBridge是配合 I/O驱动程序使用的一个扩展组件。通过CommBridge，原来仅支持直接串口通信的驱动程序可以通过GPRS/CDMA等移动网络对I/O设备进行数据采集，也可以和Comm-Server通讯程序配合使力控软件之间通过GPRS/CDMA等移动网络进行通讯来满足SCADA系统的需要。在实现中心站与多个DTU通信时，由于CommBridge对每个DTU采用了单独的信道管理与数据缓冲区管理，数据收发控制采用并发处理算法，因此通信效率不会因DTU数据量的增加而受到影响。

控制站和现场分布IO通讯，将现场数据采集到控制站，控制站和现场HMI通讯，现场HMI把现场的数据采集到上位机，现场的HMI相当于“客户端”DTU登录注册到GPRS网络上，数据中心站的“服务器”端，通过力控的“CommBridge”控件加“IOServer”实现数据远端的采集，从而完美地解决广域网数据共享问题。

利用力控监控组态软件与其组件经过简单的参数配置，方便地实现了在广域网内对生产、设备远程实时监控管理，满足了企业信息化的需要，使企业在节省成本、保证生产安全的前提下实现管控一体化。