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

一．引言

　　SMS 短消息服務業(yè)務作為GSM網(wǎng)絡的一種基本業(yè)務，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，基于這種業(yè)務的各種應用也蓬勃發(fā)展起來，如資訊服務、商務娛樂、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)絡技術的應用首當其沖，一些PLC 廠商在基于現(xiàn)場總線、internet 及移動通信的PLC 網(wǎng)絡互連功能的開發(fā)方面已有所突破。

　　本文設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，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，同時設有監(jiān)控服務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)場設備狀態(tài)與開關控制信號接入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)控中心或授權的手機的操作命令短消息，進行現(xiàn)場參數(shù)設定和設備控制。

2．3監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心主要由監(jiān)控服務器和打印機等辦公設備組成。根據(jù)用戶的安全性要求，監(jiān)控中心的服務器可以為 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器。每個服務器通過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，并及時通知相關責任人，還可以根據(jù)險情啟動應急預案，包括現(xiàn)場設備的遠程啟?？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)軟件設計

　　3．1 下位機軟件設計

　　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 通信設置；

　?。?）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)。