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作者:海正科技 | 2024-11-8

      摘要：本文對一種基于GMS和PLC 的分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理、硬件配置、軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)性能
　　進(jìn)行了論述。該系統(tǒng)采用具有SMS 短信功能的M90系列PLC 實(shí)現(xiàn)
　　離散現(xiàn)場站的測控，通過監(jiān)控中心集中監(jiān)控和適時手機(jī)查詢，形成完整的遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用方案。這種系統(tǒng)功
　　能完備、配置靈活、性價比高，實(shí)踐證明該系統(tǒng)工作可靠性非常。
　　關(guān)鍵詞：GSM；SMS；PLC；分布式；遠(yuǎn)程監(jiān)控
　　一．引言
　　SMS 短消息服務(wù)業(yè)務(wù)作為ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商和系統(tǒng)開發(fā)商的
　　重視。目前，GSM、CDMA、TDMA 等移動網(wǎng)絡(luò)都支持SMS,這使SMS 成為一項(xiàng)非常普及的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來，如資訊服務(wù)、商務(wù)娛樂、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。SMS 可以實(shí)現(xiàn)全國漫游，同時它克服了傳統(tǒng)專網(wǎng)通信系統(tǒng)建網(wǎng)周期長、投資大、維護(hù)費(fèi)高、用戶數(shù)量有限的缺點(diǎn)，如果用戶使用STK 加密卡，還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的保密通信。利用GSM 短信息系統(tǒng)進(jìn)行的雙向數(shù)據(jù)傳送運(yùn)營費(fèi)用低、性能穩(wěn)定，為各種遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一個全新的的通信平臺。
　　由于PLC 適合工業(yè)企業(yè)對自動化系統(tǒng)高可靠性的要求，長期以來，PLC 始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制系統(tǒng)提供了先進(jìn)、可靠的應(yīng)用案例。另一方面，PLC 還必須依靠其他新技術(shù)來面對市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊。開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用首當(dāng)其沖，一些PLC 廠商在基于現(xiàn)場總線、internet 及移動通信的PLC 網(wǎng)絡(luò)互連功能的開發(fā)方面已有所突破。
　　本文設(shè)計(jì)的分布式遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)場測控采用以色列UNITRONICS 公司具有SMS 功能的M90型PLC，遠(yuǎn)程無線傳輸途徑選用性能穩(wěn)定的GSM 公用網(wǎng)絡(luò)，傳輸模式采用成熟的SMS 短消息方式，以PLC 現(xiàn)場站定時自動上傳到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)為主信息流，同時設(shè)有監(jiān)控服務(wù)器適時呼叫指定參數(shù)和手機(jī)加密移動查詢功能，從而形成集中與移動方式結(jié)合的完整的遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用方案，實(shí)踐證明該系統(tǒng)功能完備、性能 可靠、規(guī)模配置靈活、性價比高。
 
二．系統(tǒng)硬件配置及工作原理
　　
    該系統(tǒng)由一個集中監(jiān)控中心、多個PLC 現(xiàn)場監(jiān)控站和GSM 網(wǎng)絡(luò)組成。
　　2． 1GSM 傳輸站
　　GSM 傳輸站由GSM MODEM、SIM 卡、RS232連接電纜、直流電源和外接天線組成。每一個傳輸站可很方便的接入GSM 公網(wǎng)。GSM MODEM 集成了使用西門子TC35的GSM 信道單元、信令轉(zhuǎn)換單元、電平轉(zhuǎn)換單元。在應(yīng)用中，現(xiàn)場PLC 測控站和監(jiān)控服務(wù)器通過RS232接口連接到內(nèi)插GSM 手機(jī)通用的SIM 卡的 GSM MODEM 來發(fā)送和接收GSM 短消息，完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換功能。DC24V 的直流電源用于現(xiàn)場的GSM 傳輸站是比較方便的，監(jiān)控中心的GSM 傳輸站可選常用5V 變壓器。
　　2．2現(xiàn)場測控站
　　一個PLC 現(xiàn)場測控站由各種現(xiàn)場傳感器和一臺M90 PLC 組成，每一臺PLC 分別配置一個GSM 傳輸站。
　　現(xiàn)場傳感器如流量計(jì)、液位計(jì)監(jiān)測到數(shù)據(jù)以0-5V 獲4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號形式輸入PLC，現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)與開關(guān)控制信號接入PLC 的數(shù)字I/O 端，由PLC 就可獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制。由于M90-PLC 自身具有很強(qiáng)的通信功能包括CAN 總線、基于PSTN 的串口遠(yuǎn)程通信，更別具特色的是它基于串口的SMS 短信收發(fā)功能。按照監(jiān)控系統(tǒng)的要求，M90-PLC 可以將設(shè)備工況與產(chǎn)量信息通過GSM 傳輸站以短信的形式發(fā)送給監(jiān)控中心，并接收監(jiān)控中心或授權(quán)的手機(jī)的操作命令短消息，進(jìn)行現(xiàn)場參數(shù)設(shè)定和設(shè)備控制。
　　2．3監(jiān)控中心
　　監(jiān)控中心主要由監(jiān)控服務(wù)器和打印機(jī)等辦公設(shè)備組成。根據(jù)用戶的安全性要求，監(jiān)控中心的服務(wù)器可以為 一臺高性能PC 機(jī)或工業(yè)用的高可靠性的工控機(jī)，還可以配置兩臺互為冗余的服務(wù)器。每個服務(wù)器通過RS232接口連接到一個GSM 傳輸站，實(shí)現(xiàn)24小時在線的實(shí)時監(jiān)控，并可通過打印機(jī)輸出報表，或進(jìn)行大屏幕的動態(tài)監(jiān)控。
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　本監(jiān)控系統(tǒng)以PLC 現(xiàn)場站定時自動上傳到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)為主信息流，同時設(shè)有手動適時呼叫指定參數(shù)的功能，并配有手機(jī)加密移動查詢與自動告警功能，形成完整的信息傳遞模式. 監(jiān)控中心將分散在各地的各個測控站的數(shù)據(jù)分類整理，并存入數(shù)據(jù)庫中。如果現(xiàn)場出現(xiàn)了告警信息，現(xiàn)場測控站通過GSM 傳輸站同時發(fā)送告警信息到監(jiān)控中心和值班人員的手機(jī)上；監(jiān)控中心對告警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并及時通知相關(guān) 責(zé)任人，還可以根據(jù)險情啟動應(yīng)急預(yù)案，包括現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程啟�？刂啤．�(dāng)告警排除后，現(xiàn)場測控站同樣發(fā)送告警排除通知短消息到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心就可以恢復(fù)正常的數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)報告了。
　　
三．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　3．1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
　　下位機(jī)即M90-PLC 測控站的編程是通過使用安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)的Unitronics 的U90編程軟件來實(shí)現(xiàn)的。
　　Unitronics’ 軟件工具遵從IEC 113.1 標(biāo)準(zhǔn)，并提供了可視化的集成開發(fā)環(huán)境。除了具有傳統(tǒng)PLC 的助記符和梯形圖等控制軟件編程功能外，還提供了各種功能模塊，包括各種通信功能選擇、通信參數(shù)設(shè)置、短信息內(nèi)容編輯、1K 內(nèi)容的現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫以及可以具體到某年、某月、某日、某個時間段的多種定時器等，允許我們用更多有效的方法去執(zhí)行各種各樣的功能。這樣可以很方便的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的下位軟件編制，并有利于縮短開發(fā)周期和節(jié)省程序容量。
　　M90的編程步驟：
　　（1）接著按照現(xiàn)場控制要求通過的PLC 通用的梯形圖方式，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量和標(biāo)準(zhǔn)模擬輸入監(jiān)測與控制。
　�。�2）按照監(jiān)控的需要，通過集成開發(fā)工具提供的SMS 窗口，實(shí)現(xiàn)固定的短消息的編輯與GSM 通信設(shè)置；
　�。�3）將代表某個的短消息的內(nèi)部繼電器接入到梯形圖中，在滿足設(shè)定的邏輯條件時，通過觸發(fā)特有的S 與R 觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)短消息的收發(fā)。
　　3．2上位監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
　　上位監(jiān)控軟件包括上位機(jī)SMS收發(fā)通信程序、監(jiān)控界面軟件與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫軟件三部分。我們選用VB6.0 作為開發(fā)工具。
　　1．上位機(jī)SMS 收發(fā)通信程序設(shè)計(jì)
　　Visual Basic 串口通信由于Windows 系統(tǒng)程序的支持而變得極為方便，而通過串口控制GSM MODEM，實(shí)現(xiàn)SMS 功能的方法也比較簡單。
　　GSM 傳輸站的GSM MODEM 支持AT 命令集的指令，上位機(jī)通過RS232串口向GSM
　　MODEM 直接下發(fā)AT 命令，就可以快捷的實(shí)現(xiàn)SMS 的收發(fā)、查詢與處理。SMS 端信息的發(fā)送和接收常用兩種格式，文本(Text)方式和PDU(Protocol Description Unit)方式.M90 PLC 內(nèi)部使用的是TEXT 方式，在上位監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)中我主要針對Text 方式進(jìn)行了上下位機(jī)站的固定文本短消息通信，另設(shè)置了TEXT/PDU 模式的轉(zhuǎn)換接口，以便應(yīng)用于通過手機(jī)或PC 進(jìn)行監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫的中文查詢功能。
　　由于篇幅所限，這里盡就Text 方式收發(fā)短信息的VB 程序開發(fā)做一下介紹。采用Text 方式收發(fā)短信息比較簡單，使用VB 編寫程序更為方便。程序中進(jìn)行初始化設(shè)定之后，就可以通過MSComm1控件下發(fā)AT 命令進(jìn)行短信息發(fā)送了。下面是一段VB 的短信初始化和測試示例：
　　MSComm1.CommPort=1
　　‘選擇通信口為COM1口
　　MSComm1.Setting=”9600,N,8,1”1
　　‘設(shè)定串口通信格式：速率為9600bps,無奇偶�！�驗(yàn)，8個數(shù)據(jù)位，1位停止位
　　MSComm1.PortOpen=True
　　‘打開COM 口
　　MSComm1.Output=”AT+CSCA=”&Chr(34)&”+863800210500”&Chr(34)&”
　　‘設(shè)置西安地區(qū)中國聯(lián)通短信息服務(wù)中心號碼
　　MSComm1.Output=”AT+CMGS=”&Chr(34)&”+13110043774”&Chr(34)&”
　　MSComm1.Output=”Happy New Year!”
　　MSComm1.PortOpen=FalSe
　　‘關(guān)閉COM 口
　　2．監(jiān)控界面與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
　　這里介紹一種中小型SMS 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)內(nèi)容。
　　監(jiān)控系統(tǒng)界面主要包括系統(tǒng)登錄界面和監(jiān)控系統(tǒng)主界面。點(diǎn)擊監(jiān)控服務(wù)器桌面的SMS 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)圖標(biāo)，
　　首先出現(xiàn)系統(tǒng)登錄窗口，系統(tǒng)在檢驗(yàn)用戶名和密碼，確認(rèn)有效后，即可進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)主界面。
　　監(jiān)控系統(tǒng)主界面又分為系統(tǒng)設(shè)置界面、短消息查詢與處理界面和遠(yuǎn)程控制界面。

　　用戶管理：監(jiān)控中心用戶名、用戶密碼和用戶權(quán)限更改，用戶添加與刪除管理
　　系統(tǒng)通信管理：通信格式設(shè)定、SIM 卡號碼設(shè)定與短消息收發(fā)管理
　　現(xiàn)場站設(shè)置：現(xiàn)場單位名、站號、手機(jī)號、設(shè)備數(shù)量等的設(shè)定
　　現(xiàn)場當(dāng)前信息:各單位的各個現(xiàn)場站點(diǎn)的工作狀態(tài)查詢;如排污口的污水或油井出油量對應(yīng)的瞬時流量、累積流量，設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行時間。
　　短信息收發(fā)記錄：監(jiān)控中心與現(xiàn)場站之間短信息收發(fā)的分類記錄
　　即時查詢：現(xiàn)場站定時上傳數(shù)據(jù)之外，監(jiān)控中心用戶可進(jìn)行手動查詢現(xiàn)場信息。
　　設(shè)備控制：授權(quán)的監(jiān)控系統(tǒng)用戶可進(jìn)行設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，包括參數(shù)設(shè)定和設(shè)備啟停。
　　
四、結(jié)束語
　　短消息業(yè)務(wù)具有永遠(yuǎn)在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢，特別適用于需頻繁傳送小數(shù)據(jù)量的應(yīng)用，還適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)、架設(shè)通信線路困難的地方。而以PLC 為核心的高可靠性的監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)為各種各樣的自動化控制系統(tǒng)提供了先進(jìn)、可靠的應(yīng)用案例。本文采用GSM 網(wǎng)的SMS 短消息業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場PLC 控制站、監(jiān)控中心和移動手機(jī)之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，這是通信技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的完美結(jié)合，也使該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、便利的顯著特色。在生產(chǎn)流水線上、在油井旁、在天然氣輸送管道邊，無論你在那兒，你就可以通過這種遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，用手機(jī)或計(jì)算機(jī)隨時監(jiān)測各種產(chǎn)品的產(chǎn)出量，并進(jìn)行工況遠(yuǎn)程移動監(jiān)控。該系統(tǒng)已在昆明、成都、大連等地多個行業(yè)投入運(yùn)行，實(shí)踐證明該系統(tǒng)工作可靠性非常高。