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基于GMS和PLC的分布式远程监控系统的实现
xiao_xiao1 发表于 2008/12/10 11:54:55 705 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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SMS短消息服务业务作为ＧＳＭ网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。目前，GSM、CDMA、TDMA等移动网络都支持SMS,这使SMS成为一项非常普及的移动数据业务，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来，如资讯服务、商务娱乐、远程监控等。SMS可以实现全国漫游，同时它克服了传统专网通信系统建网周期长、投资大、维护费高、用户数量有限的缺点，如果用户使用STK加密卡，还可实现点对点的保密通信。利用GSM 短信息系统进行的双向数据传送运营费用低、性能稳定，为各种远程监控提供了一个全新的的通信平台。
由于PLC适合工业企业对自动化系统高可靠性的要求，长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制系统提供了先进、可靠的应用案例。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击。开放式通信网络技术的应用首当其冲，一些PLC厂商在基于现场总线、internet及移动通信的PLC网络互连功能的开发方面已有所突破。
本文设计的分布式远程无线监控系统，现场测控采用以色列UNITRONICS公司具有 SMS功能的M90型 PLC，远程无线传输途径选用性能稳定的GSM公用网络，传输模式采用成熟的SMS短消息方式，以PLC现场站定时自动上传到监控中心的数据为主信息流，同时设有监控服务器适时呼叫指定参数和手机加密移动查询功能，从而形成集中与移动方式结合的完整的远程监控应用方案，实践证明该系统功能完备、性能可靠、规模配置灵活、性价比高。
二．系统硬件配置及工作原理
该系统由一个集中监控中心、多个PLC现场监控站和GSM网络组成。
2． 1GSM传输站
GSM 传输站由GSM MODEM、SIM卡、RS232连接电缆、直流电源和外接天线组成。每一个传输站可很方便的接入GSM公网。GSM MODEM集成了使用西门子TC35的GSM信道单元、信令转换单元、电平转换单元。在应用中，现场PLC测控站和监控服务器通过RS232接口连接到内插GSM手机通用的SIM卡的GSM MODEM来发送和接收GSM短消息，完成远程数据交换功能。DC24V的直流电源用于现场的GSM传输站是比较方便的，监控中心的GSM传输站可选常用 5V变压器。
2．2现场测控站
一个 PLC现场测控站由各种现场传感器和一台M90 PLC组成，每一台PLC分别配置一个GSM传输站。现场传感器如流量计、液位计监测到数据以0-5V获4-20mA的标准模拟信号形式输入PLC，现场设备状态与开关控制信号接入PLC的数字I/O端，由PLC就可独立的实现传统的现场控制。由于M90-PLC自身具有很强的通信功能包括CAN总线、基于PSTN的串口远程通信，更别具特色的是它基于串口的SMS短信收发功能。按照监控系统的要求，M90-PLC可以将设备工况与产量信息通过GSM传输站以短信的形式发送给监控中心，并接收监控中心或授权的手机的操作命令短消息，进行现场参数设定和设备控制。
2．3监控中心
监控中心主要由监控服务器和打印机等办公设备组成。根据用户的安全性要求，监控中心的服务器可以为一台高性能PC机或工业用的高可靠性的工控机，还可以配置两台互为冗余的服务器。每个服务器通过RS232接口连接到一个GSM传输站，实现24小时在线的实时监控，并可通过打印机输出报表，或进行大屏幕的动态监控。
系统结构图如图1所示。
本监控系统以PLC现场站定时自动上传到监控中心的数据为主信息流，同时设有手动适时呼叫指定参数的功能，并配有手机加密移动查询与自动告警功能，形成完整的信息传递模式. 监控中心将分散在各地的各个测控站的数据分类整理，并存入数据库中。如果现场出现了告警信息，现场测控站通过GSM 传输站同时发送告警信息到监控中心和值班人员的手机上；监控中心对告警信息进行统计和分析，并及时通知相关责任人，还可以根据险情启动应急预案，包括现场设备的远程启停控制。当告警排除后，现场测控站同样发送告警排除通知短消息到监控中心，监控中心就可以恢复正常的数据采集与状态报告了。
三．系统软件设计
3．1 下位机软件设计
下位机即M90-PLC测控站的编程是通过使用安装在计算机内的Unitronics的U90编程软件来实现的。Unitronics' 软件工具遵从IEC 113.1 标准，并提供了可视化的集成开发环境。除了具有传统PLC的助记符和梯形图等控制软件编程功能外，还提供了各种功能模块，包括各种通信功能选择、通信参数设置、短信息内容编辑、1K内容的现场数据库以及可以具体到某年、某月、某日、某个时间段的多种定时器等，允许我们用更多有效的方法去执行各种各样的功能。这样可以很方便的实现监控系统的下位软件编制，并有利于缩短开发周期和节省程序容量。
M90的编程步骤：
（1）接着按照现场控制要求通过的PLC通用的梯形图方式，实现开关量和标准模拟输入监测与控制。
（2）按照监控的需要，通过集成开发工具提供的SMS窗口，实现固定的短消息的编辑与GSM通信设置；
（3）将代表某个的短消息的内部继电器接入到梯形图中，在满足设定的逻辑条件时，通过触发特有的S与R触点，实现短消息的收发。
3．2上位监控软件设计
上位监控软件包括上位机SMS收发通信程序、监控界面软件与监控中心数据库软件三部分。我们选用VB6.0作为开发工具。
1．上位机SMS收发通信程序设计
Visual Basic串口通信由于Windows系统程序的支持而变得极为方便，而通过串口控制GSM MODEM，实现SMS功能的方法也比较简单。
GSM传输站的GSM MODEM支持AT命令集的指令，上位机通过RS232串口向GSM
MODEM 直接下发AT命令，就可以快捷的实现SMS的收发、查询与处理。SMS端信息的发送和接收常用两种格式，文本(Text)方式和PDU(Protocol Description Unit)方式.M90 PLC内部使用的是TEXT方式，在上位监控软件设计中我主要针对Text方式进行了上下位机站的固定文本短消息通信，另设置了TEXT/PDU模式的转换接口，以便应用于通过手机或PC进行监控中心数据库的中文查询功能。
由于篇幅所限，这里尽就Text方式收发短信息的VB程序开发做一下介绍。采用 Text方式收发短信息比较简单，使用VB编写程序更为方便。程序中进行初始化设定之后，就可以通过MSComm1控件下发AT命令进行短信息发送了。下面是一段VB的短信初始化和测试示例：
MSComm1.CommPort=1
‘选择通信口为COM1口
MSComm1.Setting=”9600,N,8,1”1
‘设定串口通信格式：速率为9600bps,无奇偶校‘验，8个数据位，1位停止位
MSComm1.PortOpen=True
‘打开COM口
MSComm1.Output=”AT+CSCA=”&Chr(34)&”+863800210500”&Chr(34)&”
‘设置西安地区中国联通短信息服务中心号码
MSComm1.Output=”AT+CMGS=”&Chr(34)&”+13110043774”&Chr(34)&”
MSComm1.Output=”Happy New Year!”
MSComm1.PortOpen=FalSe
‘关闭COM口
2．监控界面与数据库设计
这里介绍一种中小型SMS远程监控系统界面的设计内容。
监控系统界面主要包括系统登录界面和监控系统主界面。点击监控服务器桌面的SMS远程监控系统图标，首先出现系统登录窗口，系统在检验用户名和密码，确认有效后，即可进入监控系统主界面。
监控系统主界面又分为系统设置界面、短消息查询与处理界面和远程控制界面。
用户管理：监控中心用户名、用户密码和用户权限更改，用户添加与删除管理
系统通信管理：通信格式设定、SIM卡号码设定与短消息收发管理
现场站设置：现场单位名、站号、手机号、设备数量等的设定
现场当前信息:各单位的各个现场站点的工作状态查询;如排污口的污水或油井出油量对应的瞬时流量、累积流量，设备状态和运行时间。
短信息收发记录：监控中心与现场站之间短信息收发的分类记录
即时查询：现场站定时上传数据之外，监控中心用户可进行手动查询现场信息。
设备控制：授权的监控系统用户可进行设备的远程控制，包括参数设定和设备启停。
四、结束语
短消息业务具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等优势，特别适用于需频繁传送小数据量的应用，还适用于偏远地区、架设通信线路困难的地方。而以 PLC为核心的高可靠性的监控系统，已经为各种各样的自动化控制系统提供了先进、可靠的应用案例。本文采用GSM网的SMS短消息业务,实现了现场PLC 控制站、监控中心和移动手机之间的远程数据通信，这是通信技术、控制技术和计算机技术的完美结合，也使该远程监控系统具有先进、可靠、经济、便利的显著特色。在生产流水线上、在油井旁、在天然气输送管道边，无论你在那儿，你就可以通过这种远程监控系统，用手机或计算机随时监测各种产品的产出量，并进行工况远程移动监控。该系统已在昆明、成都、大连等地多个行业投入运行，实践证明该系统工作可靠性非常高。