和利时LE系列PLC的GPRS无线通讯模块LE5404通讯方案_GPRS_

和利时LE系列PLC的GPRS无线通讯模块LE5404通讯方案

2014/4/29 9:41:57

1 系统特点
2013年1月，和利时LE系列PLC的GRPS无线数据通讯模块 LE5404及相应的系统正式发布。该模块将作为LE PLC理想的GPRS通讯模块，实现分布式系统的远程无线监控。
系统特点：
本系统由LE5404通讯模块、天线和GPRS通讯网关软件AT_GPRSGateWay等组成，实现LE PLC的GPRS(GSM移动无线网络)无线连接。该系统中GPRS模块配置简便，无需第三方组态软件的专用驱动程序，可透明提供远程站的所有过程数据，并可在中央站进行分析。
2 应用领域
------ 该GPRS解决方案特别适用于以下领域：
水及污水处理行业
石油和天然气
供热网络
交通运输系统
露天煤矿开采
能源供应与分配
自动售货机
连接自动化系统的移动设备，例如导轨机车、特殊车辆、复杂建筑设备、岛屿和海岸舰船等数据采集点分散且不利于有线数据传输的场合。
3 远程无线网络
远程无线网络架构

3.1 GPRS简介
GPRS是通用分组无线业务（General PacKet Radio Service）的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳帧规则以同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道及其相似，因此现有的基站子系统（BSS）从一开始就可提供全面的GPRS覆盖，GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送数据和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用间断的、突发性的和频繁的少量的数据传输，也适用于偶尔的大量数据传输。
3.2 GPRS最优组网方式介绍
GPRS的应用非常广泛，几乎所有行业都能用到GPRS的无线数据传输。但每种行业的实际需求和复杂的应用环境都大不相同，所以每种行业都会有自己独特的功能要求和组网方式。

方案1 中心公网固定IP
先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，同时向运行商购买固定IP服务。
监控点直接向中心固定IP发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。
方案2 中心公网动态IP+DNS解析服务
先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，客户先与DNS服务商联系开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，把IP返回给监控点，监控点再根据获取到的公网IP建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。另外采用此种方案一般要设置路由器的端口映射，此种方案适合小规模应用。
方案3 可接入internet的局域网IP+域名端口映射
随着上网需求的迅猛增加，我们的网络环境也在不经意间发生着变化，以前直接由运营商直接提供的宽带服务方式为“internet <=> 你的路由器 <=> 你的电脑”，现在很多变成两层路由上网模式“internet <=> 运营商路由器 <=> 你的路由器 <=> 你的电脑”。这样的话我们的网络环境其实是运营商的局域网，我们自己的路由器再也获取不到公网动态IP了（获取到的是运营商路由器给提供的私有IP）。这种变化使得之前能用“无线网卡或者宽带接入+动态域名解析” 实现GPRS通讯的方案行不通了（你需要跟运营商或网络分包商协商给你做端口映射，比较麻烦）。当然网络环境在变化，域名解析服务商也在顺应时代进行着变革，您可以尝试购买一种支持域名端口映射的服务来解决局域网远程数据监控问题，譬如 “新花生壳2.0”。
4 中心公网固定IP方案
启动AutoThink，使用V3.1.1B2及以上版本。
本小节主要介绍LE5404下装参数的设置,添加LE5404模块后，选中该模块，在下方标签页中，选择“模块参数”标签，如图16所示，红色框中设置服务器IP地址（或动态域名），通讯端口号以及设备ID。待逻辑组完后，下装到对应的控制器中。

4.1 配置HollyView(不详细介绍)

在选择串口中，选择COM11-COM42之间的串口，这是因为AT_GPRSGateWay V1.0 仅支持该范围内的串口，选择的串口要与网关通讯软件中的一致。如选择了COM14，见下图。

4.2 配置AT_GPRSGateWay参数
4.2.1 启动网关软件

打开网关软件。启动AT_GPRSGateWay后，弹出“监听参数”设置对话框如下图：

设置监听IP（动态域名情况下IP为电脑本地有线或无线网卡设置的固定IP）及端口号，确定后进入监听状态，要等待几秒中才能监听到GPRS DTU的注册信息，等待的时间与网络信号强弱有一定的关系。监听的信息以列表的形式显示在左上方的“实时监听信息”窗口中，如下图所示。

4.2.2 设置通讯链路
通讯链路：一条监听到的GPRS DTU的注册信息：主机IP、从机IP、设备ID和对应设置的从站号与串口号，我们称之为一条通讯链路，以后若无特殊说明，通讯链路的含义均是如此。
主机IP：监听IP。
从机IP：GPRS DTU的IP。
设备ID：GPRS DTU的设备标识，唯一即不同的GPRS DTU设备，设备ID不同。
监听到DTU的注册信息后，点击“设置参数”，弹出对话框如下图所示。
在“选定通讯链路”属性页中，勾选要连接通讯的通讯链路并设置从站号及串口号。从站号及串口号的设置要与组态软件中的设置一致，本例子为COM14.然后单击“下一步”，进入“设置串口参数”属性页中设置串口参数。

4.2.3 设定串口参数
在“设置串口参数”属性页中，设置串口的通讯参数，波特率、数据位、停止位、校验位以及超时时间（串口读取等待时间上限为30秒）等。如下图所示。

设定串口通讯参数后，单击“下一步”，进入“确认参数”属性页中，对已选择的通讯链路及串口参数进行确认。再单击“完成”，至此，通讯参数设置完成。
在设定好通讯参数后，点击“启动通讯”，进入通讯状态或通讯等待状态。见下图。

注意：点击“启动通讯”后要立即转到组态软件，进入运行系统打开要监视的画面，或者先启动组态软件，进入运行系统打开要监视的画面，再转到AT_GPRSGateWay，点击“启动通讯”进入通讯状态。这个过程中，可能要花费几秒钟的时间，以致进入通讯等待状态，直到检测到串口有数据时才进入通讯状态或者串口读取数据超时。
4.2.4 实时通讯信息输出
进入通讯状态后，在“实时通讯信息”窗口中会实时输出通讯数据信息。信息输出格式如下：
时间+串口（以太网）+串口号（GPRS DTU 的IP）+读取（写入）+数据+成功（失败）。
2013-05-14-11-05-51 serial com14 write: 01 01 01 02 d0 49
2013-05-14-11-05-51 serial com14 read: 01 03 0b ea 00 02 e7 db
2013-05-14-11-05-51 ethernet 117.136.38.15 write: 01 03 0b ea 00 02 e7 db
2013-05-14-11-05-54 ethernet 117.136.38.15 read: 01 03 04 66 ec 44 e0 17 c6
2013-05-14-11-05-54 serial com14 write: 01 03 04 66 ec 44 e0 17 c6
2013-05-14-11-05-54 serial com14 read: 01 01 11 f8 00 01 79 07
2013-05-14-11-05-54 ethernet 117.136.38.15 write: 01 01 11 f8 00 01 79 07
2013-05-14-11-05-57 ethernet 117.136.38.15 read: 01 01 01 01 90 48
2013-05-14-11-05-58 serial com14 write: 01 01 01 01 90 48
2013-05-14-11-05-58 serial com14 read: 01 02 00 00 00 01 b9 ca
注意：当一条通讯链路通讯失败后，不影响其他通讯链路的通讯，每个轮询通讯周期都会从新更新每一条通讯链路的信息，再继续连接通讯。以太网读取超时时间默认为7秒。
4.2.5 通讯日志文件
默认会在安装目录下生成一个名为“GPRS_COMM_LOG”的文件夹，在该文件夹下保存有通讯日志文件，通讯日志文件命名规则如下：
“GPRScomm” + “生成通讯日志文件的时间” + “+”，扩展名为log。
若通讯日志文件名中包含“+”，则说明上一个日志文件大小已超过1024KB，该通讯日志文件是重新生成的。
4.2.6 演示程序界面

5 公网动态IP+DNS解析服务方案
采用中心公网固定IP方式实现GPRS通讯是最简单可靠的手段，有着很多优点。但“DNS域名解析方式+公网动态IP”方式因为使用成本低廉或免费也有很大的应用市场。下面就讨论下此种方式下的相关设置。

5.1 确定当前网络环境
网络环境为“internet <=> 你的路由器 <=> 你的电脑”的上网服务可以用“花生壳6.0”软件配合路由器端口映射实现免费域名解析（建议采用付费的专业版更稳定些）。网络环境为“internet <=> 一级运营商路由器 <=>二级路由器 ….你的路由器 <=> 你的电脑”的上网服务因为很难协调各级路由器网管进行多级端口映射，故很难配合“花生壳6.0”实现免费的GPRS无线通讯效果。
如下图所示：

登陆路由器后查看运行状态中的WAN口发现IP地址为 10.0.80.58，但是用百度“公网IP地址查询”发现公网为 123.139.19.125，这两个IP不一致，其中后者为真正的公网IP，其他城市的上网设备也能ping通这个IP，前者为网络分包商路由器自动给分配的局域网私有IP。这种情况就说明您的上网环境是经过了至少两级路由才到你的电脑。面对的是这种情况有两种解决方案：1、向运行商申请固定IP服务；2、使用付费“新花生壳2.0”动态域名解析+端口映射服务。3、协调运营分包商把你的网线恢复成直接能获取动态IP的非局域网端口（比较费劲）。如果您路由器获取的IP和上网查询到的公网IP一致，说明你的网络环境符合本章节方案要求，可继续往下进行。
5.2 LE5404和路由器的参数设置
5.2.1 LE5404参数设置
在AT编程软件中，当PLC配置了LE5404，则会在组态上显示如下参数

服务器IP地址：本方案设置为事先申请好的动态域名cx5688.oicp.net。保证此域名状态正常（详见5.2.4节）
通讯端口：自定义设置，尽量避免常用以太网通讯端口（建议5000以上）
设备ID：用户在AT 软件组建工程中已经设置的11位设备ID，兼容手机SIM卡，可以设置手机卡号，也可以自定义设置。
5.2.2 本机电脑IP设置
如果局域网上网需要通过分配好的IP上网的话不需要此步骤。如果局域网内是通过自动获取IP的话需要进行如下设置：
登陆路由器查看DNS服务器信息

设置本地电脑网卡IP地址为固定IP，并填写从路由器查看到的DNS

5.2.3 路由器端口映射
本例中设置监控电脑的IP地址为192.168.1.103，端口号在PLC编程软件中已经定义为5001.
1、首先登陆到路由器的Web管理界面
2、点击左边“转发规则”前面的‘＋’号
3、在展开的菜单里面点击‘虚拟服务器’
4、在右边服务器端口下面填‘5001’，ip地址下面填‘103’，协议选择‘TCP’，在‘启用’下面打勾
5、点击‘保存’之后即可

注意：大多数网管型路由器处了设置端口映射，还必须对防火墙选项进行设置。请在设置端口映射的时候务必查看路由器对应功能提示。
5.2.4 登陆花生壳6.0软件
花生壳是一套完全免费的动态域名解析服务客户端软件。当您安装并注册该项服务，无论您在任何地点、任何时间、使用任何线路，均可利用这一服务建立拥有固定域名和最大自主权的互联网主机。"花生壳"支持的线路包括普通电话线、ISDN、ADSL、有线电视网络、双绞线到户的宽带网和其它任何能够提供互联网真实IP的接入服务线路，而无论连接获得的IP属于动态还是静态。
注意：建议工业现场使用时注册并购买可靠性不低于专业版的账号使用。
按照花生壳官网的说明进行域名的申请，在监控电脑上下载花生壳客户端并登录账户即可实现本机的动态域名解析，每个账户可以建多个域名。
下图是我们要使用的域名

在客户端软件中双击自己申请的域名就会弹出一下对话框：

远程任意一台能访问因特网的电脑如果能ping通这个域名说明花生壳设置OK。
如果网络不支持或设置不正确的时候就不会提示“域名已激活并指向正确“
5.2.5 启动网关软件——AT_GPRSGateWay

打开网关软件。启动AT_GPRSGateWay后，弹出“监听参数”设置对话框如下图：

设置监听IP（为本机网卡IP）及端口号，确定后进入监听状态，要等待几秒中才能监听到GPRS DTU的注册信息，等待的时间与网络信号强弱有一定的关系。监听的信息以列表的形式显示在左上方的“实时监听信息”窗口。

后面的步骤请参考“4.3 配置AT_GPRSGateWay参数”章节。
5.3 效果展示
如果各项设置都正确的化我们可以综合的看到以下3个软件带给我们的数据远程监控效果：

6 局域网IP+域名端口映射服务方案
针对当前IPV4资源急缺造成的大多数网民没有动态公网IP的情况（实际您这时的网络环境是个经过了多层路由器的内网），我们需要采用新的软件方案来实现数据远程监控。譬如“新花生壳2.0内网版”。新花生壳2.0内网版软件的获取请参考http://hsk.oray.com/price/。

6.1.1 新花生壳设置
在花生壳官网注册账号和域名，并购买或获取到“花生壳内网版”功能后登陆新花生壳2.0软件。

登陆后新花生壳软件显示当前账户级别及是否具备端口映射功能，如果没有“映射”二字请返回官网继续申请或购买。
右击“holly8555.wicp.net”选择“花生壳管理”，打开“内网映射”开关，单击“添加映射”弹出如下对话框：

在这里选择“自定义应用”，应用名称随便写，以看到名称就知道什么应用为原则。对于使用AT_GPRSGateway软件做PLC远程通讯“内网主机”这一栏建议填写本机IP地址，这里我们把中心电脑的IP地址设置成192.168.1.102（设置方法见下一节）。选择内网端口映射，端口号设置为“5002”。设置完后单击“确定”按钮。可以看到以下内网和外网的映射关系：

回到控制台，右键单击“holly8555.wicp.net”选择“域名诊断”会弹出如下诊断界面：

如果提示正在测试的映射域名成功，则花生壳设置完毕。
6.1.2 本机电脑IP设置
如果局域网上网需要通过分配好的IP上网的话不需要此步骤。如果局域网内是通过自动获取IP的话需要进行如下设置：
登陆路由器查看DNS服务器信息

信息显示的“IP地址”很明显是内网IP，外网是无法ping通的。记下DNS服务器的地址
设置本地电脑网卡IP地址为固定IP，并填写从路由器查看到的DNS

设置完毕后打开网页，保证能正常上网且不断线说明设置没问题。
6.2 配置LE5404
启动AutoThink，使用V3.1.2正式版本。
本小节主要介绍LE5404下装参数的设置,添加LE5404模块后，选中该模块，在下方标签页中，选择“模块参数”标签，如下图所示，红色框中设置服务器动态域，通讯端口号以及设备ID。待逻辑组完后，下装到对应的控制器中。

服务器IP地址：本例设置为申请好的支持域名端口映射服务域名holly8555.wicp.net（不要写成带端口号的“holly8555.wicp.net:30898”）。
通讯端口：设置为新花生壳映射到外网后的域名对应的端口，譬如本例为30898
设备ID：用户在AT 软件组建工程中已经设置的11位设备ID，兼容手机SIM卡，可以设置手机卡号，也可以自定义设置。
6.3 配置AT_GPRSGateWay参数
6.3.1 启动网关软件

打开网关软件。启动AT_GPRSGateWay后，单击“设置参数”分别设置通讯链路和串口参数

6.3.2 设置监听参数
单击“监听”按钮，弹出“监视参数对话框”

主机IP：监听IP 为中心电脑设置的网卡IP。
端口号：为新花生壳内参数中网IP对应的端口号，本例设置为5002
确定后进入监听状态，要等待几秒中才能监听到GPRS DTU的注册信息，等待的时间与网络信号强弱有一定的关系。监听的信息以列表的形式显示在左上方的“实时监听信息”窗口中，如下图所示。

至此，通讯参数设置完成，组态好hollview工程后运行工程，单击gateway软件中的启动通讯，我们就可以在远端组态软件上监控远程的PLC了。
6.4 数据远程通讯效果
本例中Hollyview启动后就会通过AT-GPRSgateway生成com15与远程PLC进行通讯，通过AT-GPRSgateway的监听信息我们可以发现通讯质量的好坏

组态界面上可以对LEPLC的寄存器进行读写操作：

组态信息窗口提示通讯正常

至此利用新花生壳2.0实现数据远程访问成功！
7 方案附件
AT程序：GPRS-LE5404-TEST
HollyView:程序：LE5404_GPRS_SHOW
和利时LE系列PLC的GPRS无线通讯模块LE5404通讯方案.WORD
8 注意事项
1. 安装AT_GPRSGateWay软件时，需允许所有驱动文件加载，否则会出现如下对话框：