（第二届“安控杯”SCADA/RTU技术与应用征文比赛三等奖作品）

钟福宏

1  概述

    SCADA是英文Supervisory Control and Data Acquistion的缩写，意即“监视控制和数据采集系统”，该系统被广泛应用于供水、供电、燃气、油田等行业，主要功能是完成数据的采集控制和远程传输。南海发展股份有限公司在1994年建立了供水调度SCADA系统，多年来在保障安全可靠供水、协调合理调度、保证公司利益等多方面发挥了重要的作用。

    目前SCADA系统中采用的数据通信可简单分为有线和无线两大类，其中有线通信主要包括架设光缆、电缆或租用电信电话线、X.25、DDN、ADSL等，而无线则包括超短波通信、扩频通信、卫星通信、GSM 短信/GPRS通信等。在供水行业，由于各管网监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此架设光缆、铺设电缆难度大、不切合实际，向电信部门租用专用电话线又要申请很多电话线，而且有些监控点线路难以到达，况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程，速度慢、运营成本较高，总之SCADA系统采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高，不便于大规模使用；与之相比，无线通信方式则显得非常灵活，它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。在SCADA系统中，无线通信方式主要包括：超短波（230MHz）无线数传、扩频（2.4G、5.8G）、卫星通信、GSM数字蜂窝通信系统等，其中卫星通信由于通信费用昂贵，只在一些特殊的领域下使用，未得以普及；而扩频通信技术虽然速率高，但只能在视距范围内传输，应用也受到限制。因此目前国内SCADA系统较普遍采用 230MHz频段的数传电台作为传输信道。

    采用超短波数传电台作为传输信道具有组网灵活、扩展容易、维修方便、运行费用低等优点，但由于系统工作于230MHz且多采用普通间接调制的数传电台，这就造成系统易受外界干扰、通信速率低、误码率高、数据传送量不大、信号覆盖范围小等先天不足，这在该公司第二水厂生产数据上传到公司调度室时得到体现，目前已改为DDN专线传输方式。随着城市现代化、工业化进程的发展，传统的超短波通信方式正面临着越来越大的挑战，而GSM网络经过移动通信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是近年来推出的短消息(SMS)、GPRS等新业务，这使得SCADA系统采用GSM网络来进行数据传输成为可能。

2  GPRS技术的应用及分析

    应用GSM网络进行数据传输从理论分析和实际应用都是切实可行的。就目前移动通信部门提供的服务而言，可分为两种方式：① 短消息（SMS），通过拨打终端号码而获取数据资料短消息；② GPRS技术，核心是通过IP转换技术进行数据传输。相比之下，采用GPRS技术更具优点和前瞻性，符合未来的通信发展方向。

2.1  GPRS原理及技术特点
    GPRS是通用分组无线业务General Packet Radio Service的英文简称，是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的网络业务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一个无线信道又可以由多个用户共享，实现资源有效的利用，从而实现高速率数据传输。GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以实现与IP网、X.25网互联互通。GPRS具有全双工运作，间隙收发，永远在线，只有在收发数据时才占用系统资源，计费方式以数据传输量为准等特点，由于GPRS的核心层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，这使得它较易实现端到端的、广域的无线IP连接，以实现某种特定功能。

    具备GPRS功能的移动电话或终端通过无线方式与GSM基站进行通信，随即登陆上GSM网络，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到GPRS服务支持节点（SGSN），而不是通过移动交换中心（MSC）连接到语音网络上。SGSN与GPRS网关支持节点（GGSN）进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因特网或X.25网络。

    来自因特网标识有移动电话或终端地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到指定的移动电话或终端上，如图1所示。

图1  GPRS网络构成示意图

    GPRS的技术特点如下：
    (1)  资源利用率高 GPRS引入了分组交换的传输模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。

    (2)  传输速率高 GPRS可提供高达115Kbps的传输速率（最高值为171.2Kbps）。这使得GPRS终端用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。

    (3)  接入时间短 分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高远程监控等工作的效率。

    (4)  支持IP协议和X.25协议 GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议。而且由于GSM网络覆盖面广，使得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。

2.2  利用GPRS来实现数据传输
    基于GPRS技术的SCADA系统是以GSM为网络平台，充分利用了GPRS的技术特点和优势，实现高速、永远在线、透明数据传输的数据通信网络系统。网络系统构成如图2所示。

    该系统目前已投入运行阶段，运行效果良好，数据发送接收稳定、快速、可靠，完全能满足实际工作要求，是SCADA系统较理想的组网选择。相信随着时代的发展、科技的进步、数据通信业务的高速发展，无线IP通信技术业务会越渐成熟,越显优势，会得到广泛的普及和应用。