基于GPRS模块的PLC远程监控

概述：

基于GPRS模块的PLC远程监控，在工业领域获得了很广泛的应用。本文详细介绍了传统的透传GPRS模块和广州市巨控电子科技有限公司GRM200系列非透传GPRS模块的原理，并进行了分析和对比。

透传模式：

传统的透传GPRS模块，往往在电脑上虚拟成一个串口，组态软件发出的用户数据，通过虚拟串口，加上TCP/IP的数据包后通过因特网发送给GPRS模块，GPRS模块收到数据后，将TCP/IP数据包头去掉，然后再将用户数据透明的传输给远程设备。

简单的说，组态软件给虚拟串口发出的用户数据，没有任何更改的通过GPRS模块的485接口发送给了远程设备。

非透传模式：

巨控GPRS模块采用非透传的模式，特点如下：

1. GPRS模块和PLC直接进行通讯，使用PLC本身的协议，如西门子S7-200的PPI协议或S7-300/400的MPI协议。

2. OpcServer负责和GPRS模块通讯，数据格式和内容经过压缩和打包，。

3. 组态软件通过OPC接口，从巨控OpcServer软件直接获取数据。OPC做为一种标准的接口，GRM200对WINCC，组态王，力控等各种组态都能完全支持！

4. OpcServer负责和GPRS模块通讯，数据格式和内容经过压缩和打包。

流量比较：

1. 透传模式传输GPRS数据的格式如下：

用户数据，即组态软件通过虚拟串口发送的有用数据，由此可见，如果用户数据过短，一次数据传输的利用率过低，会导致大量的流量浪费。

2. 传统透传模式，组态软件和GPRS模块通讯的数据完全是由组态软件及通讯协议决定，对于不同数据类型的变量，无法打包一次读取，或者即使相同的数据类型，寄存器地址间隔超过一定的值，也无法打包。这就导致每次通讯实际的用户数据并不多，在这种情况下需要加上TCP/IP的数据包，大大浪费了流量。  

3. 巨控首创的非透传模式OpcServer和GPRS模块之间完全采用自定义的打包和数据压缩格式，同一包数据中的变量可以不受寄存器类型和地址间隔的限制，可以最大程度上降低流量。

4. 在一个典型的应用中，使用GRM200G的非透传远程监控100个PLC变量，3S更新一次，一个月只需要100多M的流量（15元费用）。

速度比较：

传统透传模式，组态软件和GPRS模块通讯的数据完全是由组态软件决定，即使只需要访问PLC一个变量，也需要上位机发出一次读变量请求后，经过GPRS延迟时间（延迟为秒级），从GPRS模块获取读取结果。在实际应用中，如果有多个设备通过同一个透传模块和上位机通讯，需要数分钟才能更新一次数据！

巨控首创的非透传模式，OpcServer和GPRS模块之间完全采用自定义的打包和数据压缩格式，可以在一次传输中更新上百个变量（不受寄存器类型和地址间隔的限制，一包内也可以是不同从机设备的数据），在几秒内就可以更新来自不同从机设备的上百个变量！

此外，巨控科技的非透传模式还采用了多包并发采集的策略，不需要像传统透传模式一样，发出一次读数据请求后，需等待回复后，才能发送下一次读数据请求，而是可以连续发出多包读命令，然后依次获取读取结果。这样明显加快了读取数据的效率，有效避免了GPRS延迟过大的瓶颈！

稳定性比较：

1. 传统透传模式，监控电脑往往通过花生壳绑定动态域名的方式来解决需要固定IP的问题，而动态域名非常不稳定，导致多年来工控界对于GPRS远程监控有了一个结论，不稳定，不实用。此外，绑定动态域名对最终用户来说，也比较繁琐，无法实现即装即用。巨控模块内置云监控服务，提供稳定的服务，可以完全应用于工业高可靠性场合。监控电脑端只需要能上网，无需固定IP和绑定域名，对最终用户而言完全做到即装即用！

2. 一般来说，GPRS数据包越长，数据的利用率会越高，有利于提高吞吐量和效率，但是在基站网络比较繁忙的时候，GPRS的数据包长度越长，丢包率和重发次数会明显增加，反而使效率变得更低，甚至出现通讯中断的情况。如前所述，传统的透传模块的一次传输数据的包长，完全由组态软件当前要读写的数据决定，无法根据网络负载改变。而采用非透传的巨控GPRS模块，OpcServer可以根据网络的延迟情况和当前的丢包率，动态的调整GPRS数据分包长度，获得性能和稳定性的较好平衡！

GPRS与短信互补

GPRS作为主流的通信方式可以轻松应对大部分应用，但是其不足之处在于，语音和短信业务的优先级比GPRS的优先级更高。当基站覆盖的区域语音业务比较繁忙时可能导致GPRS中断，此时可使用短信来发送一些紧急的数据和消息。

使用透传的GPRS模块，虽然GPRS模块本身是具备短信功能的，但是由于在这种模式下，GPRS模块只是一个透明的数据转发器，因此不能使用同一个模块既发短信，又实现数据透传。通常解决方法是在电脑上再使用一个短信猫，利用组态软件提供的驱动，实现一些简单的短信报警。此方案缺陷在于，短信猫依赖电脑运行，如果需要短信报警，必须保障电脑永远开机且不出现死机，重启，可靠性不高。此外，还需要同时保证GPRS模块和短信猫SIM卡不欠费，才能完成上述功能，给管理带来一定的难度。

巨控科技首创的无线方案使用GRM200G和PLC连接，完成短信和GPRS双重功能，即使GPRS网络中断或者繁忙，依然可以通过手机短信监控远程设备。通过简单的配置，可以完成短信报警，短信读写PLC任意寄存器，定时发送设备信息到值班人员手机等！此外，GRM200还具备智能流量和费用查询管理功能，最大限度降低管理难度，保障无线监控系统的可靠运行!

为什么普通DTU无法完全实现PLC的监控：

以西门子S7-200 的PLC为例，上位机和PLC通讯时一次读写过程如下：

1. 首先上位机发出读写命令，

2. PLC作出接收正确的响应，

3. 上位机接到此响应则发出确认申请命令，

4. PLC则完成正确的读写响应，回应给上位机数据。

由于PPI协议规定，在第3步，上位机必须在毫秒级的时间内迅速发出确认申请命令，否则PLC会认为通讯故障，而GPRS固有的通讯延迟（一般为1秒或几秒）导致传统的透传模式无法达到此要求，实际上，即使采用3G透传，也无法达到此实时性要求。

由此可见：传统的透传模式无法实现西门子PLC的PPI协议的远程监控，只能采用MODBUS协议，加大延迟时间来间接实现。同理，S7-300的MPI协议，也无法使用透传模块实现远程监控。

巨控科技的非透传模式，很好的解决了这个问题，由GRM200模块直接和PLC通过485通讯，对通讯的实时性可以完全保证！

巨控无线通讯模块的其他优势：

1. 可以实现电脑和模块之间1:N，N:N，N:1之间的通讯。也就是一个PLC可以同时被多个电脑上的组态软件监控，一个电脑也可以同时无线监控多个PLC。

2. 模块内置WEB发布，只需要用电脑和手机登陆云监控网址，输入模块的密码和序列号，通过网页即可查看和修改PLC的数据。

3. PLC无需编写任何程序，客户无需具备网络知识，只需熟悉组态软件，即可完成远程电脑监控，PLC短信控制，短信查询，短信报警，以及网页监控PLC.

GRM200支持以下PLC型号，并在实际工程中应用。

1. MODBUS主机协议，该协议支持所有使用MODBUS通讯协议的设备，如AB，信捷XC系列PLC，台达PLC，海为S/H系列PLC，艾默生EC系列PLC，凯迪恩K3系列PLC，德维森全系列PLC等。

2. MODBUS从机协议。

3. PPI协议支持GRM200与西门子S7-200系列PLC之间的通讯

4. MPI协议支持GRM200与德国西门子公司S7-300， S7-400 PLC的通讯

5. 三菱FX系列PLC协议，使用485BD通讯板卡，支持FX系列PLC全部型号。

6. 三菱Q系列PLC协议。

7. 欧姆龙HOSTLINK协议。

GRM200支持的组态软件：

通过OPC接口，GRM200支持任意组态软件。以下列出部分实际工程中应用过的组态。

1. 西门子WINCC

2. GE公司IFIX

3. Wonderware公司INTOUCH

4. 北京亚控公司组态王

5. 力控组态软件

6. 易控组态软件

7. 昆仑通态组态软件