GSM和PLC的分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

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(lái)越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的

　　重視。目前，GSM、CDMA、TDMA 等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都支持SMS，這使SMS 成為一項(xiàng)非常普及的移動(dòng)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(lái)，如資訊服務(wù)、商務(wù)娛樂(lè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。SMS 可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)漫游，同時(shí)它克服了傳統(tǒng)專(zhuān)網(wǎng)通信系統(tǒng)建網(wǎng)周期長(zhǎng)、投資大、維護(hù)費(fèi)高、用戶(hù)數(shù)量有限的缺點(diǎn)，如果用戶(hù)使用STK 加密卡，還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)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(yíng)費(fèi)用低、性能穩(wěn)定，為各種遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一個(gè)全新的的通信平臺(tái)。

　　由于PLC 適合工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)高可靠性的要求，長(zhǎng)期以來(lái)，PLC 始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)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(lái)面對(duì)市場(chǎng)份額逐漸縮小所帶來(lái)的沖擊。開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用首當(dāng)其沖，一些PLC 廠(chǎng)商在基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、internet 及移動(dòng)通信的PLC 網(wǎng)絡(luò)互連功能的開(kāi)發(fā)方面已有所突破。

　　本文設(shè)計(jì)的分布式遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控采用以色列UNITRONICS 公司具有SMS 功能的M90型PLC，遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)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(chǎng)站定時(shí)自動(dòng)上傳到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)為主信息流，同時(shí)設(shè)有監(jiān)控服務(wù)器適時(shí)呼叫指定參數(shù)和手機(jī)加密移動(dòng)查詢(xún)功能，從而形成集中與移動(dòng)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?xún)r(jià)比高。

二．系統(tǒng)硬件配置及工作原理

　　該系統(tǒng)由一個(gè)集中監(jiān)控中心、多個(gè)PLC 現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)組成。每一個(gè)傳輸站可很方便的接入GSM 公網(wǎng)。GSM MODEM 集成了使用西門(mén)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(chǎng)PLC 測(cè)控站和監(jiān)控服務(wù)器通過(guò)RS232接口連接到內(nèi)插GSM 手機(jī)通用的SIM 卡的 GSM MODEM 來(lái)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(chǎng)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(chǎng)測(cè)控站

　　一個(gè)PLC 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站由各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器和一臺(tái)M90 PLC 組成，每一臺(tái)PLC 分別配置一個(gè)GSM 傳輸站。

　　現(xiàn)場(chǎng)傳感器如流量計(jì)、液位計(jì)監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)以0-5V 獲4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)形式輸入PLC，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)與開(kāi)關(guān)控制信號(hào)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(chǎng)控制。由于M90-PLC 自身具有很強(qiáng)的通信功能包括CAN 總線(xiàn)、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(guò)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(chǎng)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(hù)的安全性要求，監(jiān)控中心的服務(wù)器可以為 一臺(tái)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(tái)互為冗余的服務(wù)器。每個(gè)服務(wù)器通過(guò)RS232接口連接到一個(gè)GSM 傳輸站，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)在線(xiàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可通過(guò)打印機(jī)輸出報(bào)表，或進(jìn)行大屏幕的動(dòng)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(chǎng)站定時(shí)自動(dòng)上傳到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)為主信息流，同時(shí)設(shè)有手動(dòng)適時(shí)呼叫指定參數(shù)的功能，并配有手機(jī)加密移動(dòng)查詢(xún)與自動(dòng)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(gè)測(cè)控站的數(shù)據(jù)分類(lèi)整理，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了告警信息，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站通過(guò)GSM 傳輸站同時(shí)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(duì)告警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并及時(shí)通知相關(guān)責(zé)任人，還可以根據(jù)險(xiǎn)情啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程啟?？刂?。當(dāng)告警排除后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(bào)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(cè)控站的編程是通過(guò)使用安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)的Unitronics 的U90編程軟件來(lái)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(kāi)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(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)以及可以具體到某年、某月、某日、某個(gè)時(shí)間段的多種定時(shí)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(kāi)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(chǎng)控制要求通過(guò)的PLC 通用的梯形圖方式，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量和標(biāo)準(zhǔn)模擬輸入監(jiān)測(cè)與控制。

　?。?）按照監(jiān)控的需要，通過(guò)集成開(kāi)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；

　?。?）將代表某個(gè)的短消息的內(nèi)部繼電器接入到梯形圖中，在滿(mǎn)足設(shè)定的邏輯條件時(shí)，通過(guò)觸發(fā)特有的S 與R 觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)短消息的收發(fā)。