前言 目前，在對安全性和可靠性要求十分高的領(lǐng)域中，SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)是最主要的、最有發(fā)展前途的復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)自動控制方法。依據(jù)監(jiān)控原理，可以為能源、交通、航空和軍事等領(lǐng)域建立自動系統(tǒng)。 近10—15年間，創(chuàng)建高效、可靠的SCADA系統(tǒng)的問題受到極大的關(guān)注。一方面，由于計(jì)算技術(shù)、軟件和通訊領(lǐng)域的重大進(jìn)步，自動化系統(tǒng)的性能得到增強(qiáng)，其使用范圍得以擴(kuò)大了。因此，當(dāng)今，Internet、GSM-SMS和WAP數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的技術(shù)由于其可以用在控制系統(tǒng)中而受到特別的關(guān)注。 任務(wù)設(shè)定與解決案例 在開始我的發(fā)言的主要部分――GMS技術(shù)在控制系統(tǒng)綜合技術(shù)中使用的前景――之前，我想先講一下SCADA系統(tǒng)的基本定義： SCADA 是收集遠(yuǎn)程站點(diǎn)和對象的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以對其進(jìn)行處理、分析和控制的過程。將必要的信息和數(shù)據(jù)傳送到中央操作界面的短時(shí)性對實(shí)時(shí)處理提出要求。而且，“實(shí)時(shí)”這個(gè)概念對于不同的SCADA系統(tǒng)含義也不同。 圖.1 早期，SCADA系統(tǒng)的原型是遙測和信號傳輸系統(tǒng)。目前，幾乎所有的SCADA系統(tǒng)都包括以下三部分（見圖1）。 1. Remote Terminal Unit (RTU) ―― 遠(yuǎn)程終端。用于進(jìn)行實(shí)時(shí)控制； 2. Master Terminal Unit (MTU) ――主控中心。通常進(jìn)行半實(shí)時(shí)（quasi-real time）數(shù)據(jù)處理和高層控制 ； 3. Communication system (CS) ――通訊系統(tǒng)。將數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)程站點(diǎn)或?qū)ο髠鬏斀o中央操作界面，把控制信號傳輸給RTU或遠(yuǎn)程對象（依據(jù)系統(tǒng)的具體運(yùn)行而定）。 在開發(fā)分布式或集中式系統(tǒng)時(shí)，對象遠(yuǎn)在幾十公里之外，工程師可以采用以下解決方案： 1. 鋪設(shè)通訊線路； 2. 無線通訊。 無線通訊又分為無線電通訊、衛(wèi)星通訊、手機(jī)通訊等。 依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我們可以得出結(jié)論，GSM遙控裝置的很多指標(biāo)都比其它通訊方式更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。手機(jī)通訊在最近幾年得到了迅猛發(fā)展。在手機(jī)通訊的各種標(biāo)準(zhǔn)中，GSM數(shù)碼標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)樹一幟。目前，GSM數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)是全世界通用的最安全的無線電話網(wǎng)。手機(jī)身份驗(yàn)證使用的是鍵長128 bit的三層算法。這些算法十分可靠，幾乎可以完全排除非法登錄網(wǎng)絡(luò)，至少，無法對手機(jī)或者M(jìn)odem中的SIM卡進(jìn)行復(fù)制。借助于鍵長114 bit的A5算法，全部信息自動加密。雖然最近傳出有關(guān)A5算法故障的消息，但是，不使用特殊硬件是無法實(shí)時(shí)聽取GSM對話的。有關(guān)GSM網(wǎng)絡(luò)安全的更詳細(xì)資料可以在GSM協(xié)會的網(wǎng)站上獲得： http://www.mobileworld.org/gsm/faq.htm GSM Security . 基于GSM的各種技術(shù)中，發(fā)展前景最為廣闊的是SMS (Short Message Service)技術(shù)。它可以在計(jì)算機(jī)、控制器和手機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)不超過16 bite的文本的交換。SMS是迅猛發(fā)展的WAP(Wireless Application Protocol)技術(shù)的一個(gè)組成部分。SMS大大降低了通訊成本。手機(jī)通訊的本地提供商承擔(dān)信息傳輸?shù)闹饕蝿?wù)。這樣，您就無需鋪設(shè)通訊線路。而且，覆蓋地區(qū)相當(dāng)廣，特別是，還包括漫游地區(qū)。此外，GSM技術(shù)還有很多優(yōu)勢： 1. 數(shù)碼通訊性能； 2. 覆蓋區(qū)域廣； 3. 減少初期投資，可移動； 4. 系統(tǒng)更新方便； 5. 系統(tǒng)建立和運(yùn)行時(shí)間短。只要購買SIM卡，并接通GSM-Modem就可以了。 您在得到SIM卡時(shí)就獲得了通訊通道； 6. 設(shè)備價(jià)格低；普通GSM-Modem約125美元，與一個(gè)I/O模塊的價(jià)格差不多； 7. 維修和投產(chǎn)簡單； 8. 使用方便。工藝流程的監(jiān)控可以通過普通手機(jī)進(jìn)行，不需要任何其它設(shè)備；如果沒有手機(jī)，通過Internet，從世界上任何一個(gè)地方也都很容易實(shí)現(xiàn)這個(gè)操作。 不足與任務(wù)特點(diǎn) 但是，并不是一切都像我們希望的那樣完美。目前，這個(gè)還很“年輕”的技術(shù)也有一些不足。類似的系統(tǒng)必須注意到GSM技術(shù)的短處。 不足： § 交換速度不高。這是由于SMS每次只能傳輸160個(gè)字符； § 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間沒有保證。（但是，另一方面，操作員發(fā)出的有關(guān)傳送狀態(tài)的通知又可以保證短信息的傳輸）。 最后這一參數(shù)并不是絕對的。因?yàn)?，大多?shù)情況下，傳輸時(shí)間取決于操作帶寬和被控對象所在區(qū)域的信號質(zhì)量。我們的試驗(yàn)證明，在國際漫游時(shí)，控制指令傳輸?shù)淖疃虝r(shí)間不超過短信息發(fā)出后8秒鐘。 鑒于以上這些不足，這種通訊方法可以確保創(chuàng)建控制系統(tǒng)中傳輸時(shí)間不十分關(guān)鍵的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。所有的數(shù)據(jù)收集、處理和控制功能可以在當(dāng)?shù)赝瓿伞Ｒ欢ǚ秶鷥?nèi)實(shí)現(xiàn)。而累積的結(jié)果和過程參數(shù)可以每小時(shí)或者每24小時(shí)向中央控制臺傳送一次。這取決于視頻數(shù)據(jù)變動的要求。對于很多工藝流程來說，這種遙測監(jiān)控系統(tǒng)很具有現(xiàn)實(shí)意義。比如說，石油鉆井的拉桿泵控制系統(tǒng)，供熱站控制系統(tǒng)，能源、天然氣和自來水使用的核算系統(tǒng)等等。在大型企業(yè)中，GSM可以用作緊急情況下通知專門工作人員的中央系統(tǒng)。當(dāng)今，對于管理人員（在某些企業(yè)中，甚至對于技術(shù)人員）來說，擁有手機(jī)已經(jīng)不是什么新鮮事。因此，在生產(chǎn)中使用GSM遙控裝置大大擴(kuò)展了系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)的每個(gè)用戶可以通過手機(jī)在任何時(shí)間查詢所需的工藝流程數(shù)據(jù)，過程參數(shù)值，技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，產(chǎn)品生產(chǎn)和原料使用數(shù)據(jù)，發(fā)出控制指令或者接收警報(bào)通知。而且，依靠漫游，不僅可以在控制對象范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)以上操作，在其它城市，甚至是其它國家也可以做到。 除了控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)系統(tǒng)，在指令傳輸時(shí)限對于工藝流程不很關(guān)鍵的控制系統(tǒng)中，GSM也可以成功運(yùn)用。比如說，發(fā)出指令，使遠(yuǎn)程水源的兩個(gè)水泵之一轉(zhuǎn)變?yōu)閭溆媚Ｊ健?當(dāng)今的SCADA系統(tǒng)中的GSM技術(shù)不能全面解決通訊系統(tǒng)連接問題。但是，它卻可以有效的部分完成分布式控制系統(tǒng)一定范圍內(nèi)的問題。而且，我想指出的是，它的實(shí)施是相當(dāng)快速、節(jié)約的。 Trace Mode利用WAP/GSM技術(shù)的系統(tǒng)建立和運(yùn)行功能 現(xiàn)在，我們談一談GSM技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用。從5.06版開始，Trace Mode便可以利用GSM通訊開發(fā)控制系統(tǒng)。系列軟件產(chǎn)品中又增加了以下模塊： § Micro RTM GSM+； § GSM Activator; § GSM Communicator. 下面我們就詳細(xì)介紹一下每一個(gè)模塊。 Micro RTM GSM + 這一模塊用于PC兼容控制器，可以通過與控制器串行界面連接的GSM-Modem以SMS格式交換信息。該模塊在MS-DOS或者 ROM-DOS下運(yùn)行。數(shù)據(jù)交換依據(jù)Trace Mode的M-Link標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行。該模塊支持兩種通訊模式：Master模式和Slave模式。借助于專門通道，Master或者Slave通訊模式可以進(jìn)行實(shí)時(shí)變換。除此以外，Micro RTM還具備緊急撥通RTM的功能。做為In M-Link (數(shù)據(jù)查詢)和Out M-Link (數(shù)據(jù)傳輸)子類型的補(bǔ)充，GSM數(shù)據(jù)交換使用了COMMUNICATION子類型通道。 圖2 Micro RTM GSM + GSM Activator 該模塊在MS Windows下運(yùn)行。GSM Activator TRACE MODE實(shí)時(shí)監(jiān)控器或者手機(jī)之間數(shù)據(jù)交換的GSM門戶。 GSM Activator與通過GSM網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的RTM或者Net Link RTM安裝在同一臺計(jì)算機(jī)上。它支持以SMS格式與RTM和Micro RTM GSM＋進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。除此之外，它還可以向手機(jī)發(fā)送險(xiǎn)情信息或者過程信息，通過手機(jī)監(jiān)控過程參數(shù)。GSM-Modem應(yīng)該與計(jì)算機(jī)的串行端口連接，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。GSM-Modem還應(yīng)根據(jù)GSM 07.07規(guī)格支持?jǐn)U展的指令庫。做為In M-Link (數(shù)據(jù)查詢)和Out M-Link (數(shù)據(jù)傳輸)子類型的補(bǔ)充，GSM數(shù)據(jù)交換使用了COMMUNICATION子類型通道。 為了使用手機(jī)監(jiān)控過程參數(shù)，兩條指令可以以文本格式從手機(jī)傳送到節(jié)點(diǎn)： § GET – 查詢一定的通道表征值； § SET – 設(shè)置一定的通道表征值。 指令的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，GSM-Achtivator向手機(jī)發(fā)送Trace Mode服務(wù)器上的指令完成情況信息。 此外，GSM-Achtivator可以將警報(bào)報(bào)告中記錄的信息發(fā)送到手機(jī)上，用以建立警報(bào)信號系統(tǒng)。 圖3 GSM Activator 在網(wǎng)站http://www.online.tracemode.ru上，任何人都可以對GSM-Achtivator的運(yùn)行進(jìn)行測試（不必使用手機(jī)）。 GSM Communicator GSM Communicator是用于PC兼容控制器的GSM-Achtivator 的OEM 版，用作i7000 、ADAM 4000系列和Lagoon控制的兼容控制器的遠(yuǎn)程I/O模塊的GSM門戶。 圖4 GSM Communicator GSM Communicator 在有兩個(gè)COM端口的獨(dú)立控制器上運(yùn)行。GSM-Modem與其中之一連接。另一個(gè)端口根據(jù)M-Link協(xié)議，以Master模式，向Lagoon，Micro RTM或者TRACE MODE的RTM傳輸數(shù)據(jù)。