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技術(shù)頻道

基于GMS和PLC的分布式遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

摘要:本文對一種基于GMS和PLC 的分布式遠程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理、硬件配置、軟件設(shè)計及系統(tǒng)性能
  進行了論述。該系統(tǒng)采用具有SMS 短信功能的M90系列PLC 實現(xiàn)
  離散現(xiàn)場站的測控,通過監(jiān)控中心集中監(jiān)控和適時手機查詢,形成完整的遠程監(jiān)控應用方案。這種系統(tǒng)功
  能完備、配置靈活、性價比高,實踐證明該系統(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)的各種應用也蓬勃發(fā)展起來,如資訊服務(wù)、商務(wù)娛樂、遠程監(jiān)控等。SMS 可以實現(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、維護費高、用戶數(shù)量有限的缺點,如果用戶使用STK 加密卡,還可實現(xiàn)點對點的保密通信。利用GSM 短信息系統(tǒng)進行的雙向數(shù)據(jù)傳送運營費用低、性能穩(wěn)定,為各種遠程監(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、可靠的應用案例。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)的應用首當其沖,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)計的分布式遠程無線監(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)合的完整的遠程監(jiān)控應用方案,實踐證明該系統(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 手機通用的SIM 卡的 GSM MODEM 來發(fā)送和接收GSM 短消息,完成遠程數(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、液位計監(jiān)測到數(shù)據(jù)以0-5V 獲4-20mA 的標準模擬信號形式輸入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 就可獨立的實現(xiàn)傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制。由于M90-PLC 自身具有很強的通信功能包括CAN 總線、基于PSTN 的串口遠程通信,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)的手機的操作命令短消息,進行現(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 機或工業(yè)用的高可靠性的工控機,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,實現(xiàn)24小時在線的實時監(jiān)控,并可通過打印機輸出報表,或進行大屏幕的動態(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上;監(jiān)控中心對告警信息進行統(tǒng)計和分析,并及時通知相關(guān) 責任人,還可以根據(jù)險情啟動應急預案,包括現(xiàn)場設(shè)備的遠程啟??刂?。當告警排除后,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
  3.1 下位機軟件設(shè)計
  下位機即M90-PLC 測控站的編程是通過使用安裝在計算機內(nèi)的Unitronics 的U90編程軟件來實現(xiàn)的。
  Unitronics’ 軟件工具遵從IEC 113.1 標準,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:
 ?。?)接著按照現(xiàn)場控制要求通過的PLC 通用的梯形圖方式,實現(xiàn)開關(guān)量和標準模擬輸入監(jiān)測與控制。
 ?。?)按照監(jiān)控的需要,通過集成開發(fā)工具提供的SMS 窗口,實現(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,實現(xiàn)短消息的收發(fā)。
  3.2上位監(jiān)控軟件設(shè)計
  上位監(jiān)控軟件包括上位機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SMS 收發(fā)通信程序設(shè)計
  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,上位機通過RS232串口向GSM
  MODEM 直接下發(fā)AT 命令,就可以快捷的實現(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)計中我主要針對Text 方式進行了上下位機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,以便應用于通過手機或PC 進行監(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。程序中進行初始化設(shè)定之后,就可以通過MSComm1控件下發(fā)AT 命令進行短信息發(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,無奇偶校‘驗,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
  這里介紹一種中小型SMS 遠程監(jiān)控系統(tǒng)界面的設(shè)計內(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。點擊監(jiān)控服務(wù)器桌面的SMS 遠程監(jiān)控系統(tǒng)圖標,
  首先出現(xiàn)系統(tǒng)登錄窗口,系統(tǒng)在檢驗用戶名和密碼,確認有效后,即可進入監(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、手機號、設(shè)備數(shù)量等的設(shè)定
  現(xiàn)場當前信息:各單位的各個現(xiàn)場站點的工作狀態(tài)查詢;如排污口的污水或油井出油量對應的瞬時流量、累積流量,設(shè)備狀態(tài)和運行時間。
  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)用戶可進行設(shè)備的遠程控制,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)量的應用,還適用于偏遠地區(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、可靠的應用案例。本文采用GSM 網(wǎng)的SMS 短消息業(yè)務(wù),實現(xiàn)了現(xiàn)場PLC 控制站、監(jiān)控中心和移動手機之間的遠程數(shù)據(jù)通信,這是通信技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的完美結(jié)合,也使該遠程監(jiān)控系統(tǒng)具有先進、可靠、經(jīng)濟、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程監(jiān)控系統(tǒng),用手機或計算機隨時監(jiān)測各種產(chǎn)品的產(chǎn)出量,并進行工況遠程移動監(jiān)控。該系統(tǒng)已在昆明、成都、大連等地多個行業(yè)投入運行,實踐證明該系統(tǒng)工作可靠性非常高。

  參考文獻:
  [1] 周用學短消息(SMS)與WAP的開發(fā)及應用電子工業(yè)出版社2002.
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  [3] SIEMENS 公司TC35 Terminal User Guide www.siemens.com/wm
  [4]UNITRONICS 公司M90 User Guide
  [5]馬潮嵌入式GSM 短信息接口的軟硬件接口?!秵纹瑱C與嵌入式系統(tǒng)》2003。7
  [6] 童瑞華利用手機模塊實現(xiàn)短消息http://www.ccw.com.cn
  

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