唐山西门子专业授权总代理商

自20世纪90年代以来，数字化技术取得突飞猛进的发展，并且日益渗透到各个领域，智能家居在21世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。作为通用工业控制计算机的PLC，30多年来不论是在功能上还是在应用领域方面，都有着从逻辑控制到数字控制、单体控制到运动控制、过程控制到集散控制的飞跃，的可编程序控制器PLC正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。而随着PLC应用的迅猛发展，各种控制策略不得不面对不同的对象在大跨距分散地点下的远程控制应用，如何实现大范围分布式应用中各种现场数据传输处理及远程控制,远程维护等就是很现实的问题，这其中的前提之一就是各种数据包的远程传输.以前,有的PLC应用系统中采用了无线数传电台通信来达到远程控制PLC的目的,但是这种方案仍然存在一些缺陷,主要就是其分布范围仍然较为有限,而且随着通信距离的增加,其可靠性受到很大影响。

　　目前新应用趋势是将PLC控制系统与现有GSM无线通信网络技术集成，通过GSM短信遥控模块通信技术，可以实现全国,甚至全球范围内的数据超远程可靠传输，进而达到数据远程分析处理，远程控制的目的。

GSM+PLC方案优点
               
　　GSM短信遥控模块可提供广域的无线IP连接。在移动、联通通信公司的GSM业务平台上构建分布式PLC控制系统，实现PLC的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。经过比较分析，我们选择的GSM短信遥控模块作为分布式PLC控制系统的数据通信平台。

GSM无线通信系统具备如下特点：

　　1、可靠性高：

　　与SMS短信息方式相比，GSM网络采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GSM短信遥控模块本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

　　2、实时性强：

　　GSM具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GSM监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GSM实际数据传输速率在30Kbps左右，完全能满足系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

　　3、监控范围广：
               
　　GSM短信遥控模块已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。对于分布在全市/全省范围内，或全国范围的PLC控制系统，采用GSM短信遥控模块是其理想的选择。

　　4、系统建设成本低：

　　由于采用GSM公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低；也免去了网络维护费用。

　　5、系统运营成本低：

　　采用GSM公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用,GSM短信遥控模块可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月不限流量收费，从而实现了系统的低成本通信。

　　6、系统的传输容量，扩容性能好：
               
　　监控中心要和每一个PLC控制现场实现实时连接。系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GSM技术能很好地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持上千个现场PLC数据通信。

　　7、GSM传输功耗小，适合野外供电环境：

　　虽然与远在千里的数据中心进行双向通信，GSM数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可,其整体功耗与一台普通GSM手机相当,平均功耗仅为200毫瓦左右，比传统数传电台小得多。因此GSM传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。

系统构成

　　1、现场控制/采集点：

　　现场监控点由PLC实现自动控制，并采集相关信息，通过RS232或RS485接口与GSMDTU终端相连，PLC采集到的设备信息通过GSMDTU终端对数据进行处理、协议封装后发送到GSM无线网络。

　　2、监控中心：

　　a）公网接入方案服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定IP地址；可以实现中小容量的系统应用。

　　b）专网接入方案

　　服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线,申请配置固定IP地址，与GSM短信遥控模块相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当现场PLC数量增加，中心不用扩容即可满足需求，可实现大容量系统应用。监控中心RADIUS服务器接受到GSM短信遥控模块传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。

　　3、GSM/GSM移动数据传输网络：

　　PLC采集的数据经GSM/GSM短信遥控模块空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动、联通网络的GSM无线数据网络进行传输，终传送到监控中心IP地址。

系统方案

　　各现场控制点使用GSM短信遥控模块的数据传输终端，通过移动GSM短信遥控模块与监控中心相连。各现场控制点的GSM普通数据卡或APN专用数据卡，同时监控中心对各点GSM终端编号进行登记,并与现场控制点信息进行关联，以便识别和维护处理。监控中心运行监控系统软件，实时采集现场控制点的相关数据。

产品特性

　　系统采用ZSD3120 GSMDTU无线透明数据传输终端。产品基于中国移动、联通网络的GSM短信遥控模块，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232/RS485接口,可直接与PC、单片机系统、RTU测控终端、PLC、GPS接收机、数据集中器等连接，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站点之间的数据采集和控制。

    1、内置TCP/IP协议栈，针对GSM短信遥控模块优化
    2、提供GSM无线数据双向传输功能
    3、提供RS232/RS485/RS422接口
    4、符合ETSI GSM Phase 2+标准
    5、支持自动心跳，保持在线
    6、透明数据传输：为用户的数据设备提供双向100K大容量数据缓冲区，支持大数据包传输
    7、自动拨号连接：DTU上电自动拨号上网、连接网络，支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接
    8、提供短信通道，内置Unicode国际编码转换表
    9、支持远程短信/电话唤醒
　10、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能
    11、支持中心为固定IP或动态域名
    12、心跳报告时间间隔用户可设定
    13、支持点对点、点对多点、多点对多点对等 数据传输
    14、支持APN数据专网业务
    15、安装灵活、使用方便、可靠
    16、支持多数据中心，自动切换
    17、适应低温和高温工作环境
    18、EMC抗干扰设计，适合电磁恶劣环境应用
    19、复合式看门狗技术，yongbu当机
    20、整机低功耗技术，在线待机电流<20mA

安全措施

　　由于远程控制的特殊性，系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
 
　　监控中心可通过公网接入,或者到移动专网接入，采用公网接入方式成本比较低，企业不用租用专线，而使用数据专线接入时，GSM数据传输设备要经过Radius服务器的认证,整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。

　　1、APN数据专网模式：企业内部网络中配置APN服务器，移动终端使用APN数据专网，由于采用数据专网,服务器与公网Internet隔离,可以有效避免非法入侵。

　　2、用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与监控中心采用中国移动、联通网络分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。

　　3、可以为每个GSM数据传设备单独配置 DTU ID号和密码，通过监控中心在其登陆时进行应用层认证，其他没有中心分配的DTUID号和密码的GSM的设备将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

　　4、数据加密：可对整个数据传送过程进行加密保护。

　　5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。

1、引言

   　在互联网技术及其应用的推动下，教育信息化建设得到了飞速的发展，基于网络的各种应用如网络远程教育、数字图书馆、网络办公等系统得到了迅速的普及，越来越多的系统应用对数据的存储提出了更高的要求。在网络时代，信息资源呈几何级数增长，导致通过网络进行传输的信息量不断膨胀，大量的信息需要进行数字化存储。而构建大量的网络存储后，如何保证这些数据的安全、可靠的运行呢？

　　越来越多的高校存在多地办学的压力，学生数目急剧增加，而工作人员工作量的加重、交通不便、机房系统管理人员的匾乏导致我们无法及时应对停电这些突如其来的偶然情况。虽说大多数服务器机房配备了UPS，但停电时间的偶然性和UPS电池容量的有限性还是会导致一些重要数据的丢失。

   　 现在的服务器存放数据大多采用SAN（Storage AreaNetwork)架构的网络存储模式，依靠系统管理人员手动启动或手动关闭服务器等设备。一旦停电，若处理不及时，必然导致数据丢失。下面我们以云南大学图书馆基于SAN架构的IBMFAST 900存储为例。

　　利用了PLC强大的逻辑功能和高可靠性以及PC机的软硬件资源，本文设计了一个服务器机房电源控制系统，实现了整套机房电源的自动有序开启或关闭（包括服务器、交换机、磁盘控制器、磁盘柜等），克服了传统手工管理服务器机房的弊端。

2、服务器机房电源控制系统的功能和组成

  　  2.1 电源自动有序开启和有序断开

    　服务器机房系统中有UPS、磁盘柜（EXP700）、光纤交换机（Switch3534-FO8）、光纤磁盘控制器（FAST900）、服务器，整个系统的开启和断开都是有顺序而且对时间也有一定要求。一旦顺序紊乱，就会导致数据丢失。

　　下面我们规定一下开关机条件：UPS电池容量高于10%且处于充电状态，可以开机；UPS电池容量低于10%且处于放电状态，关机。

　开机：所有磁盘柜（EXP700）开启一分钟后，依次开启光纤交换机（Switch 3534-F08）、光纤磁盘控制器（FAST900），前后设备间隔30秒启动；再打开服务器操作系统；

  　  关机：关闭服务器操作系统后，依次关闭光纤磁盘控制器（FAST900）、光纤交换机（Switch 3534-F08）、磁盘柜（EXP 700），前后设备间隔30秒关闭。

  　 整个过程无需手工介人，一旦确定开机或者关机，UPS通过以太网发送开机/关机信号到PC机，从而实现整个机房电源的自动开启或关闭。与传统的手工开关机相比，节省了大量的人力、物力、时间，同时避免了误操作而引起的系统故障。

 　   2.2 电源的监视和信息统计

    　PC机通过OPCServer与PLC建立连接，采集PLC信息，显示在PC程序界面上，从而实现对电源的开启和关闭次数的统计功能。

   　 2.3 组成

    　系统软件组成：机房管理监控软件，PLC编程软件Step7（Ver5.0或更高)，SiemensSimatic Net2006（OPC软件）。

   　 系统硬件组成：PC、西门子S7300 PLC、16I/160输入输出模块、CP343-1IT以太网卡、PS307 24VDC稳压源、以及单极断路器、中间继电器、指示灯、按钮若干。

3基于PLC的服务器电源管理系统的设计过程

   　 3.1 PLC选型

　   由于系统基于PLC装置的强大的逻辑功能和高可靠性，建立其输出节点与被控对象（中间继电器）——电源开关量之间的“点对点”关系，对电源开关进行控制；并且PLC具备以太网与PC机通讯功能。所以在PLC的选型上需要综合考虑以下几个因素：系统需要的功能、I/O点数、程序存储器的容量以及I/O信号的性质、参数、特性等。

   　本系统选用德国西门子自动化有限公司的S7300系列器件。该器件由PS307电源、CPU315-2DP、CP343、1TT、16点I/O模块以及保护电源的单极断路器、控制电源通断的中间继电器（简称“继电器”）组成。PLC上运行的软件用Step7开发，用于采集相应的输入信号进行处理，处理后输出到控制继电器来控制相应设备的电源。

3.2 电路原理

由于采用PLCvo控制，电路的控制变得异常简单，因为PLC程序取代了大部份原先电路逻辑所做的工作。S7300的16输入16输出模块主要是采集一个“启动”按钮（StartButton）和一个“停止”按钮（StopButton）的信号，通过PLC-S73110处理以后，输出控制相应的继电器间接控制设备电源关开和指示灯。

3.3 PLC程序的主要控制程序简介

PLC使用的典型梯形图，‘︱︱’——常开逻辑判断符，‘H’——常闭逻辑判断符，（SD）——延时接通计时器，（SF）——延时断开计时器。

  　 改控制程序实现了设备的电源开关的延时接通和延时断开，具体时间由“StartTime”和“StopTime”给定。一旦启动按钮“StartButton”被触发，使能“MEnable”就具备，使用整个系统有序上电；而触发停止按钮“StopButton”以后，使能“MEnable”丢失，整系统就根据程序有序断电。

使能“MEnable”，具备，则启动磁盘柜（EXP700）使能“MEnable”具备，“EXP700-ON”是磁盘柜启动延时计时器（图4），时间到达1分钟后，光纤交换机（Switch3534-F08）启动同理，时间到达30秒钟后，光纤磁盘控制器（FAST900）启动同理，时间到达30秒钟后，服务器（SeiveiComputer）启动。

    　上面所介绍的只是系统启动过程，下面介绍系统关闭过程。

   　图4中，触发停止按钮“StopButton”以后，使能“MEnable”丢失，图S中的服务器（ServeiComputer）输出停止，服务器电源开关断电；图5中“ServeiComputer-OFF”是服务器断电延时计时器，时间达到30秒钟后，光纤磁盘控制器（FAST900）输出停止，光纤磁盘控制器电源开关断电；之后再过30秒，光纤交换机（FAST900）电源开关断电；再过30秒，磁盘柜（EXP700）电源开关断电，整个系统断电完成。

   　 3.4 OPC技术

   　上述开关电源的过程需要对电源状态进行监视和统计，因此PC与PLC通讯是必不可少的，OPC（OLE For ProcessControl）技术是普遍采用的技术。OPC技术规范是以Microsoft的OLE/COM（bbbbbb bbbbing andbbbbbding/Component bbbbbbModel）技术为差础，定义了一组接口规范。它包括OPC自动化接口（AutomationInterface）和OPC定制接口（CustomInterface）。另外，OPC技术规范定义的是OPC服务器程序和客户机程序进行通讯的接口或通讯的方法。

   　 OLE自动化标准接口定义了以下三层接口，依次呈包含关系。

    　OPC Server：OPC启动服务器，获得其他对象和服务的起始类，并用于返回OPCGroup类对象；
    　OPC Group：存储由若干。PC Item组成的Group信息，并用于返回OPCItem类对象；
    　OPC Item：存储具体Item的定义、数据值、状态值等信息。