基于GPRS模块的PLC远程监控

基于GPRS模块的PLC远程监控概述：基于GPRS模块的PLC远程监控，在工业领域获得了很广泛的应用。本文详细介绍了传统的透传GPRS模块和广州市巨控电子科技有限公司GRM200系列非透传GPRS模块的原理，并进行了分析和对比。透传模式：传统的透传GPRS模块，往往在电脑上虚拟成一个串口，组态软件发出的用户数据，通过虚拟串口，加上TCP/IP的数据包后通过因特网发送给GPRS模块，GPRS模块收到数据后，将TCP/IP数据包头去掉，然后再将用户数据透明的传输给远程设备。简单的说，组态软件给虚拟串口发出的用户数据，没有任何更改的通过GPRS模块的485接口发送给了远程设备。非透传模式：打包压缩传输打包压缩传输PLC内置协议巨控GPRS模块采用非透传的模式，特点如下：1.GPRS模块和PLC直接进行通讯，使用PLC本身的协议，如西门子S7-200的PPI协议或S7-300/400的MPI协议。2.OpcServer负责和GPRS模块通讯，数据格式和内容经过压缩和打包，。3.组态软件通过OPC接口，从巨控OpcServer软件直接获取数据。OPC做为一种标准的接口，GRM200对WINCC，组态王，力控等各种组态都能完全支持！4.OpcServer负责和GPRS模块通讯，数据格式和内容经过压缩和打包。流量比较：1.透传模式传输GPRS数据的格式如下：IP头（20字节）TCP选项（一般12字节）TCP头（20字节）协议头（3字节）用户数据（不定）用户数据，即组态软件通过虚拟串口发送的有用数据，由此可见，如果用户数据过短，一次数据传输的利用率过低，会导致大量的流量浪费。2.传统透传模式，组态软件和GPRS模块通讯的数据完全是由组态软件及通讯协议决定，对于不同数据类型的变量，无法打包一次读取，或者即使相同的数据类型，寄存器地址间隔超过一定的值，也无法打包。这就导致每次通讯实际的用户数据并不多，在这种情况下需要加上TCP/IP的数据包，大大浪费了流量。3.巨控首创的非透传模式OpcServer和GPRS模块之间完全采用自定义的打包和数据压缩格式，同一包数据中的变量可以不受寄存器类型和地址间隔的限制，可以最大程度上降低流量。4.在一个典型的应用中，使用GRM200G的非透传远程监控100个PLC变量，3S更新一次，一个月只需要100多M的流量（15元费用）。速度比较：传统透传模式，组态软件和GPRS模块通讯的数据完全是由组态软件决定，即使只需要访问PLC一个变量，也需要上位机发出一次读变量请求后，经过GPRS延迟时间（延迟为秒级），从GPRS模块获取读取结果。巨控首创的非透传模式，OpcServer和GPRS模块之间完全采用自定义的打包和数据压缩格式，可以在一次传输中更新上百个变量（不受寄存器类型和地址间隔的限制）。此外，巨控科技的非透传模式还采用了多包并发采集的策略，不需要像传统透传模式一样，发出一次读数据请求后，需等待回复后，才能发送下一次读数据请求，而是可以连续发出多包读命令，然后依次获取读取结果。这样明显加快了读取数据的效率，有效避免了GPRS延迟过大的瓶颈！稳定性比较：1.传统透传模式，监控电脑往往通过花生壳绑定动态域名的方式来解决需要固定IP的问题，而动态域名非常不稳定，导致多年来工控界对于GPRS远程监控有了一个结论，不稳定，不实用。此外，绑定动态域名对最终用户来说，也比较繁琐，无法实现即装即用。巨控模块内置云监控服务，提供稳定的服务，可以完全应用于工业高可靠性场合。监控电脑端只需要能上网，无需固定IP和绑定域名，对最终用户而言完全做到即装即用！2.一般来说，GPRS数据包越长，数据的利用率会越高，有利于提高吞吐量和效率，但是在基站网络比较繁忙的时候，GPRS的数据包长度越长，丢包率和重发次数会明显增加，反而使效率变得更低，甚至出现通讯中断的情况。如前所述，传统的透传模块的一次传输数据的包长，完全由组态软件当前要读写的数据决定，无法根据网络负载改变。而采用非透传的巨控GPRS模块，OpcServer可以根据网络的延迟情况和当前的丢包率，动态的调整GPRS数据分包长度，获得性能和稳定性的较好平衡！关于GPRSDTU其他稳定性的介绍，请参考文章鉴别GPRSDTU稳定性的方法：组态软件发出读数据请求读数据结果1读数据结果n读数据结果2读数据结果OPC发出读数据请求1OPC发出读数据请求2OPC发出读数据请求nGPRS固有延迟(秒级)透传非透传GPRS与短信互补GPRS作为主流的通信方式可以轻松应对大部分应用，但是其不足之处在于，语音和短信业务的优先级比GPRS的优先级更高。当基站覆盖的区域语音业务比较繁忙时可能导致GPRS中断，此时可使用短信来发送一些紧急的数据和消息。使用透传的GPRS模块，虽然GPRS模块本身是具备短信功能的，但是由于在这种模式下，GPRS模块只是一个透明的数据转发器，因此不能使用同一个模块既发短信，又实现数据透传。通常解决方法是在电脑上再使用一个短信猫，利用组态软件提供的驱动，实现一些简单的短信报警。此方案缺陷在于，短信猫依赖电脑运行，如果需要短信报警，必须保障电脑永远开机且不出现死机，重启，可靠性不高。此外，还需要同时保证GPRS模块和短信猫SIM卡不欠费，才能完成上述功能，给管理带来一定的难度。巨控科技首创的无线方案使用GRM200G和PLC连接，完成短信和GPRS双重功能，即使GPRS网络中断或者繁忙，依然可以通过手机短信监控远程设备。通过简单的配置，可以完成短信报警，短信读写PLC任意寄存器，定时发送设备信息到值班人员手机等！此外，GRM200还具备智能流量和费用查询管理功能，最大限度降低管理难度，保障无线监控系统的可靠运行!为什么透传模式无法完全实现PLC的监控：以西门子S7-200的PLC为例，上位机和PLC通讯时一次读写过程如下：1.首先上位机发出读写命令，2.PLC作出接收正确的响应，3.上位机接到此响应则发出确认申请命令，4.PLC则完成正确的读写响应，回应给上位机数据。由于PPI协议规定，在第3步，上位机必须在毫秒级的时间内迅速发出确认申请命令，否则PLC会认为通讯故障，而GPRS固有的通讯延迟（一般为1秒或几秒）导致传统的透传模式无法达到此要求，实际上，即使采用3G透传，也无法达到此实时性要求。由此可见：传统的透传模式无法实现西门子PLC的PPI协议的远程监控，只能采用MODBUS协议，加大延迟时间来间接实现。同理，S7-300的MPI协议，也无法使用透传模块实现远程监控。巨控科技的非透传模式，很好的解决了这个问题，由GRM200模块直接和PLC通过485通讯，对通讯的实时性可以完全保证！巨控科技支持的PLC：1.MODBUS主机协议，该协议支持所有使用MODBUS通讯协议的设备，如AB，信捷XC系列PLC，台达PLC，海为S/H系列PLC，艾默生EC系列PLC，凯迪恩K3系列PLC，德维森全系列PLC等。2.MODBUS从机协议。3.PPI协议支持GRM200与西门子S7-200系列PLC之间的通讯4.MPI协议支持GRM200与德国西门子公司S7-300，S7-400PLC的通讯5.三菱FX系列PLC协议，使用485BD通讯板卡，支持FX系列PLC全部型号。6.欧姆龙HOSTLINK协议。参考文献:1.吕捷，GPRS技术，北京邮电大学出版社，20012.刘方，林晓辉基于GPRS的嵌入式智能家居终端的设计与实现，微计算机信息3.田锦，GPRS数据分包长度和心跳包间隔性能分析，电讯技术4.WorrallST,SadkaAH,SweeneyBackwardCompatibleUser-DefinedDataInsertionintoMPEG-4BitstreamsElectronicsLetters,5.巨控科技，GRM200使用手册6.巨控科技，GRM200驱动手册