前言 目前，在對安全性和可靠性要求十分高的領域中，SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)是最主要的、最有發展前途的復雜動態系統自動控制方法。依據監控原理，可以為能源、交通、航空和軍事等領域建立自動系統。 近10—15年間，創建高效、可靠的SCADA系統的問題受到極大的關注。一方面，由于計算技術、軟件和通訊領域的重大進步，自動化系統的性能得到增強，其使用范圍得以擴大了。因此，當今，Internet、GSM-SMS和WAP數據傳輸領域的技術由于其可以用在控制系統中而受到特別的關注。 任務設定與解決案例 在開始我的發言的主要部分――GMS技術在控制系統綜合技術中使用的前景――之前，我想先講一下SCADA系統的基本定義： SCADA 是收集遠程站點和對象的實時數據，以對其進行處理、分析和控制的過程。將必要的信息和數據傳送到中央操作界面的短時性對實時處理提出要求。而且，“實時”這個概念對于不同的SCADA系統含義也不同。 圖.1 早期，SCADA系統的原型是遙測和信號傳輸系統。目前，幾乎所有的SCADA系統都包括以下三部分（見圖1）。 1. Remote Terminal Unit (RTU) ―― 遠程終端。用于進行實時控制； 2. Master Terminal Unit (MTU) ――主控中心。通常進行半實時（quasi-real time）數據處理和高層控制 ； 3. Communication system (CS) ――通訊系統。將數據從遠程站點或對象傳輸給中央操作界面，把控制信號傳輸給RTU或遠程對象（依據系統的具體運行而定）。 在開發分布式或集中式系統時，對象遠在幾十公里之外，工程師可以采用以下解決方案： 1. 鋪設通訊線路； 2. 無線通訊。 無線通訊又分為無線電通訊、衛星通訊、手機通訊等。 依據統計數據，我們可以得出結論，GSM遙控裝置的很多指標都比其它通訊方式更具有經濟優勢。手機通訊在最近幾年得到了迅猛發展。在手機通訊的各種標準中，GSM數碼標準獨樹一幟。目前，GSM數碼網絡是全世界通用的最安全的無線電話網。手機身份驗證使用的是鍵長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絡，至少，無法對手機或者Modem中的SIM卡進行復制。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A5算法故障的消息，但是，不使用特殊硬件是無法實時聽取GSM對話的。有關GSM網絡安全的更詳細資料可以在GSM協會的網站上獲得： http://www.mobileworld.org/gsm/faq.htm GSM Security . 基于GSM的各種技術中，發展前景最為廣闊的是SMS (Short Message Service)技術。它可以在計算機、控制器和手機之間，實現不超過16 bite的文本的交換。SMS是迅猛發展的WAP(Wireless Application Protocol)技術的一個組成部分。SMS大大降低了通訊成本。手機通訊的本地提供商承擔信息傳輸的主要任務。這樣，您就無需鋪設通訊線路。而且，覆蓋地區相當廣，特別是，還包括漫游地區。此外，GSM技術還有很多優勢： 1. 數碼通訊性能； 2. 覆蓋區域廣； 3. 減少初期投資，可移動； 4. 系統更新方便； 5. 系統建立和運行時間短。只要購買SIM卡，并接通GSM-Modem就可以了。 您在得到SIM卡時就獲得了通訊通道； 6. 設備價格低；普通GSM-Modem約125美元，與一個I/O模塊的價格差不多； 7. 維修和投產簡單； 8. 使用方便。工藝流程的監控可以通過普通手機進行，不需要任何其它設備；如果沒有手機，通過Internet，從世界上任何一個地方也都很容易實現這個操作。 不足與任務特點 但是，并不是一切都像我們希望的那樣完美。目前，這個還很“年輕”的技術也有一些不足。類似的系統必須注意到GSM技術的短處。 不足： § 交換速度不高。這是由于SMS每次只能傳輸160個字符； § 數據傳輸時間沒有保證。（但是，另一方面，操作員發出的有關傳送狀態的通知又可以保證短信息的傳輸）。 最后這一參數并不是絕對的。因為，大多數情況下，傳輸時間取決于操作帶寬和被控對象所在區域的信號質量。我們的試驗證明，在國際漫游時，控制指令傳輸的最短時間不超過短信息發出后8秒鐘。 鑒于以上這些不足，這種通訊方法可以確保創建控制系統中傳輸時間不十分關鍵的數據系統。所有的數據收集、處理和控制功能可以在當地完成。一定范圍內實現。而累積的結果和過程參數可以每小時或者每24小時向中央控制臺傳送一次。這取決于視頻數據變動的要求。對于很多工藝流程來說，這種遙測監控系統很具有現實意義。比如說，石油鉆井的拉桿泵控制系統，供熱站控制系統，能源、天然氣和自來水使用的核算系統等等。在大型企業中，GSM可以用作緊急情況下通知專門工作人員的中央系統。當今，對于管理人員（在某些企業中，甚至對于技術人員）來說，擁有手機已經不是什么新鮮事。因此，在生產中使用GSM遙控裝置大大擴展了系統的功能。系統的每個用戶可以通過手機在任何時間查詢所需的工藝流程數據，過程參數值，技術經濟參數，產品生產和原料使用數據，發出控制指令或者接收警報通知。而且，依靠漫游，不僅可以在控制對象范圍內實現以上操作，在其它城市，甚至是其它國家也可以做到。 除了控制系統的各種數據系統，在指令傳輸時限對于工藝流程不很關鍵的控制系統中，GSM也可以成功運用。比如說，發出指令，使遠程水源的兩個水泵之一轉變為備用模式。 當今的SCADA系統中的GSM技術不能全面解決通訊系統連接問題。但是，它卻可以有效的部分完成分布式控制系統一定范圍內的問題。而且，我想指出的是，它的實施是相當快速、節約的。 Trace Mode利用WAP/GSM技術的系統建立和運行功能 現在，我們談一談GSM技術的實際運用。從5.06版開始，Trace Mode便可以利用GSM通訊開發控制系統。系列軟件產品中又增加了以下模塊： § Micro RTM GSM+； § GSM Activator; § GSM Communicator. 下面我們就詳細介紹一下每一個模塊。 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下運行。數據交換依據Trace Mode的M-Link標準協議進行。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通訊模式可以進行實時變換。除此以外，Micro RTM還具備緊急撥通RTM的功能。做為In M-Link (數據查詢)和Out M-Link (數據傳輸)子類型的補充，GSM數據交換使用了COMMUNICATION子類型通道。 圖2 Micro RTM GSM + GSM Activator 該模塊在MS Windows下運行。GSM Activator TRACE MODE實時監控器或者手機之間數據交換的GSM門戶。 GSM Activator與通過GSM網絡交換數據的RTM或者Net Link RTM安裝在同一臺計算機上。它支持以SMS格式與RTM和Micro RTM GSM＋進行數據交換。除此之外，它還可以向手機發送險情信息或者過程信息，通過手機監控過程參數。GSM-Modem應該與計算機的串行端口連接，以便進行數據交換。GSM-Modem還應根據GSM 07.07規格支持擴展的指令庫。做為In M-Link (數據查詢)和Out M-Link (數據傳輸)子類型的補充，GSM數據交換使用了COMMUNICATION子類型通道。 為了使用手機監控過程參數，兩條指令可以以文本格式從手機傳送到節點： § GET – 查詢一定的通道表征值； § SET – 設置一定的通道表征值。 指令的數據經過處理后，GSM-Achtivator向手機發送Trace Mode服務器上的指令完成情況信息。 此外，GSM-Achtivator可以將警報報告中記錄的信息發送到手機上，用以建立警報信號系統。 圖3 GSM Activator 在網站http://www.online.tracemode.ru上，任何人都可以對GSM-Achtivator的運行進行測試（不必使用手機）。 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程I/O模塊的GSM門戶。 圖4 GSM Communicator GSM Communicator 在有兩個COM端口的獨立控制器上運行。GSM-Modem與其中之一連接。另一個端口根據M-Link協議，以Master模式，向Lagoon，Micro RTM或者TRACE MODE的RTM傳輸數據。