1 概述 SCADA是英文Supervisory Control and Data Acquistion的縮寫，意即“監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于供水、供電、燃氣、油田等行業(yè)，主要功能是完成數(shù)據(jù)的采集控制和遠程傳輸。本公司在1994年建立了供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)，多年來在保障安全可靠供水、協(xié)調(diào)合理調(diào)度、保證公司利益等多方面發(fā)揮了重要的作用。 目前SCADA系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設(shè)光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通信、擴頻通信、衛(wèi)星通信、GSM 短信/GPRS通信等。在供水行業(yè)，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠、個別點還地處偏僻，因此架設(shè)光纜、鋪設(shè)電纜難度大、不切合實際，向電信部門租用專用電話線又要申請很多電話線，而且有些監(jiān)控點線路難以到達，況且采用電話線路時需要等待漫長的電話撥號過程，速度慢，運營成本較高，總之SCADA系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長、工作難度大、運行費用高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運行維護簡單、性價比高等優(yōu)點。在SCADA系統(tǒng)中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHZ）無線數(shù)傳、擴頻（2.4G、5.8G）、衛(wèi)星通信、GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)等，其中衛(wèi)星通信由于通信費用昂貴，只在一些特殊的領(lǐng)域下使用，未得以普及；而擴頻通信技術(shù)雖然速率高，但只能在視距范圍內(nèi)傳輸，應(yīng)用也受到限制。因此目前國內(nèi)SCADA系統(tǒng)較普遍采用 230MHZ頻段的數(shù)傳電臺作為傳輸信道。 采用超短波數(shù)傳電臺作為傳輸信道的是組網(wǎng)靈活、擴展容易、維修方便、運行費用低等優(yōu)點，但由于系統(tǒng)工作于230MHZ且多采用普通間接調(diào)制的數(shù)傳電臺，這就造成系統(tǒng)易受外界干擾、通信速率低、誤碼率高、數(shù)據(jù)傳送量不大、信號覆蓋范圍小等先天不足，這在本公司第二水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到公司調(diào)度室時得到驗證，目前已改為DDN專線傳輸方式。隨著城市現(xiàn)代化、工業(yè)化進程的發(fā)展，傳統(tǒng)的超短波通信方式正面臨著越來越大的挑戰(zhàn)，而GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過移動通信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是近年來推出的短消息（SMS）、GPRS等新業(yè)務(wù)，這使得SCADA系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)絡(luò)來進行數(shù)據(jù)傳輸成為可能。 　　 2 GPRS技術(shù)的應(yīng)用及分析 應(yīng)用GSM網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸從理論分析和實際應(yīng)用都是切實可行的。就目前移動通信部門提供的服務(wù)而言，可分為兩種方式：①短消息（SMS），通過撥打終端號碼而獲取數(shù)據(jù)資料短消息；②GPRS技術(shù)，核心是通過IP轉(zhuǎn)換技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸。相比較下，采用GPRS技術(shù)更具優(yōu)點和前瞻性，符合未來的通信發(fā)展方向。下面就以GPRS技術(shù)為例作說明： 　　 2.1 GPRS原理及技術(shù)特點 GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)general packet radio service的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種新的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一個無線信道又可以由多個用戶共享，實現(xiàn)資源有效的利用，從而實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。GPRS支持基于標準數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以實現(xiàn)與IP網(wǎng)、X.25網(wǎng)互聯(lián)互通。GPRS具有全雙工運作，間隙收發(fā)，永遠在線，只有在收發(fā)數(shù)據(jù)才占用系統(tǒng)資源，計費方式以數(shù)據(jù)傳輸量為準等特點，由于GPRS的核心層采用IP技術(shù)，底層可使用多種傳輸技術(shù)，這使得它較易實現(xiàn)端到端的、廣域的無線IP連接，以實現(xiàn)某種特定功能。 具備GPRS功能的移動電話或終端通過無線方式與GSM基站進行通信，隨即登陸上GSM網(wǎng)絡(luò)，但與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同，GPRS分組是從基站發(fā)送到GPRS服務(wù)支持節(jié)點（SGSN），而不是通過移動交換中心（MSC）連接到語音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN與GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（GGSN）進行通信；GGSN對分組數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如因特網(wǎng)或X.25網(wǎng)絡(luò)。 來自因特網(wǎng)標識有移動電話或終端地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到指定的移動電話或終端上。 　　 2.1.1 GPRS的技術(shù)特點 1）資源利用率高：GPRS引入了分組交換的傳輸模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。GPRS用戶的計費以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了"得到多少、支付多少"的原則。實際上，GPRS用戶的連接時間可能長達數(shù)小時，卻只需支付相對低廉的連接費用。 2）傳輸速率高 ：GPRS可提供高達115kbit/s的傳輸速率（最高值為171.2kbit/s）。這使得GPRS終端用戶能和ISDN用戶一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時也使一些對傳輸速率敏感的移動多媒體應(yīng)用成為可能。 3）接入時間短：分組交換接入時間縮短為少于1秒，能提供快速即時的連接，可大幅度提高遠程監(jiān)控等工作的效率。 4）支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議 ：GPRS支持因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議。而且由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，使得GPRS能提供Internet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入。 　　 2.2 利用GPRS來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 基于GPRS技術(shù)的SCADA系統(tǒng)是以GSM為網(wǎng)絡(luò)平臺，充分利用了GPRS的技術(shù)特點和優(yōu)勢，實現(xiàn)高速、永遠在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 　　 　　 2.2.1 基本工作原理： 在GPRS模塊上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，在應(yīng)用程序端安裝數(shù)據(jù)中心軟件，數(shù)據(jù)中心擁有固定的IP地址（或域名），GPRS模塊登陸上GSM網(wǎng)絡(luò)后，自動連接到數(shù)據(jù)中心，向數(shù)據(jù)中心報告其IP地址，并保持和維護鏈路的連接，GPRS模塊監(jiān)測鏈路的連接情況，一旦發(fā)生異常，GPRS模塊自動重新建立鏈路，數(shù)據(jù)中心和GPRS模塊之間就可以通過IP地址用TCP/IP協(xié)議進行雙向通信，實現(xiàn)透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。 　　 2.2.2 數(shù)據(jù)通信過程如下： 1） 現(xiàn)場監(jiān)控點通過數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存，當接收到命令數(shù)據(jù)時，通過接口電路，將帶時間標簽的數(shù)據(jù)發(fā)送到已登陸網(wǎng)絡(luò)并具有IP地址的GPRS模塊，后通過數(shù)據(jù)編碼并有指向地發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)。 2） 數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，最終傳送到公網(wǎng)中用戶服務(wù)器IP地址。 3） 服務(wù)器接受到數(shù)據(jù)后，通過公司內(nèi)部網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到SCADA系統(tǒng)，后通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，同時將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。 　　 2.3 系統(tǒng)應(yīng)用GPRS技術(shù)的優(yōu)勢 1） 永遠在線： GPRS 模塊一開機就能自動附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與您的數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)，具有很高的實時性。 2） 按流量計費：GPRS 模塊一直在線，按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時不收費用。 3） 高速傳輸、誤碼率低：GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快將達到160Kbps，速率的高低取決于移動運營商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，根據(jù)中國移動的網(wǎng)絡(luò)情況，目前可提供20～40Kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸。 4） 組網(wǎng)簡單、迅速、靈活：系統(tǒng)可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)，提供接入便利，節(jié)省接入投資。 5） 通信鏈路由專業(yè)運營商維護：由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此鏈路維護也由中國移動負責(zé)，免除通信鏈路維護的后顧之憂。 　　 2.4 系統(tǒng)應(yīng)用GPRS技術(shù)的不足 1） 對移動通信部門有依賴性 因為系統(tǒng)建設(shè)運行需借助GSM網(wǎng)絡(luò)，這就造成我們SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信受到移動通信部門的制約，須說目前GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的比較成熟，但有時亦存在網(wǎng)絡(luò)繁忙堵塞或意想不到的事情發(fā)生，這會對系統(tǒng)數(shù)據(jù)造成中斷，影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理。而采用超短波通訊組建自身網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，可利用自身技術(shù)力量對網(wǎng)絡(luò)進行修復(fù)而不需借助第三方，在工作中處于主動。 2） 運行成本相對較高 鑒于目前資費標準，該系統(tǒng)的運營成本在端站數(shù)量較少時略微偏高。 　　 2.5 系統(tǒng)運營成本分析 構(gòu)成系統(tǒng)運行成本主要有兩方面（參考本地資費）：①系統(tǒng)服務(wù)器端的靜態(tài)IP地址租用費。該項目目前資費較高，約占總運行成本的95%；②系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量費用。收費標準目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費方式，按流量計算0.03元/kBytes，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，該費用取決于流量的多少。相信隨著技術(shù)的升級，業(yè)務(wù)應(yīng)用的普及，其資費標準會逐步降低。 　　 3 結(jié)束語 該系統(tǒng)目前已投入運行階段，運行效果良好，數(shù)據(jù)發(fā)送接受穩(wěn)定快速可靠，完全能滿足實際工作要求，是SCADA系統(tǒng)較理想的組網(wǎng)選擇。相信隨著時代的發(fā)展，科技的進步，數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，無線IP通信技術(shù)業(yè)務(wù)變得越漸成熟,會越顯優(yōu)勢，會得到廣泛的普及和應(yīng)用。