高速公路智能控制柜升級系統設計
1 引言
城際和地理遠程監控系統gsm方案可充分利用國內移動運營商現有的公眾通訊網絡。gsm網絡抗干擾性好，性能穩定，通信距離遠，雙向數據傳送運營費用低適合信息量不是很大以及數據傳輸實時性要求不是很高的場合，為各種遠程監控提供了一個全新的的通信平臺。目前，隨著無線網絡的應用領域越來越廣，它的價格也是一般單位所能接受的，只需一次性投資，省去了許多后顧之憂。可以說現在的無線網絡在性能、距離、價格上完全可以和有線網相媲美，甚至在某些方面超過有線網絡。
本文以某高速公路照明監控為例論述遠程監控的gms升級解決方案。
2 高速公路照明監控升級
高速公路照明監控線路上一共分布有32臺智能柜，其中，北繞城高速公路分布有14臺，東繞城高速公路分布有13臺，機場有5臺。在智能柜升級系統中，要求將這32臺智能柜所控照明回路與主控室建立通信連接，在主控室能遙控開關燈，并把燈的狀態傳送給主控室。
經分析，32臺智能柜分布較為分散，并且部分智能柜距主控室較遠，最遠處達四十多公里。在這種情況下，如果監控系統采取有線方式，必將極大增加工程量，而且也需要相當大的投資，所以選擇無線方式傳輸是理想選擇。無線傳輸又有數傳電臺和利用gsm網絡兩種方法，由于距離較遠，數傳電臺必須要有足夠大的功率才能保證網絡通信的穩定性和可靠性，這就增加了系統升級的成本，而且因為電臺功率的增大使電臺重量及體積都有所增加，不便于安裝；而如果采取gsm方案，不但不用鋪設電纜，節省了大量資金，也不會因為距離太遠而導致額外的成本，利用國內移動運營商的gsm網絡進行無線數據傳輸是系統設計思想。
3 設備選型
西門子自動化產品種類豐富、質量過硬、售后服務完善，能為各個行業和不同場合提供不同的解決方案，深受市場好評。在本系統中，采用西門子的產品來完成現分布式遠程無線監控系統的構建。本項目系統設計所需要的設備主要由西門子simatic s7-200 系列plc和gprs傳輸模塊組成，如表1所示。
表1 設備選型
本系統由s7-200 plc、md720-3 gprs調制解調器、天線和gprs通訊管理軟件sinaut micro sc(集成opc server)、wincc等組成，實現s7-200 plc的gprs(gsm移動無線網絡)無線連接。主要特點如下：①系統完整：該系統包括gprs調制解調器md 720-3，通訊軟件sinaut micro sc和天線等。sinaut micro sc軟件集成有opc服務器，可透明提供遠程站的所有過程數據，并可在中央站進行分析。②開放透明：所有遠程站都具有遠程服務功能，可通過短信自動向服務人員提供信息。成熟可靠：借助于調制解調器，可在全球范圍內使用經由gprs網絡的gsm移動服務。③高性價比：使用sinaut micro sc軟件，可經濟地實現所有子站與主站間的雙向數據傳輸。④運行優化：gprs和因特網有效地縮短了數據傳輸時間，持續在線，并且僅依據傳送數據量收費。
4 遠程無線監控系統網絡搭建
遠程無線監控系統主要由中央工作站(central station)、遠程工作站(remote station)、無線傳輸(gsm)三部分組成，見圖1所示。
圖1 遠程無線監控系統網絡示意圖
遠程工作站主要包括s7-200 plc、gprs無線傳輸模塊md720-3和天線ant794-4mr。其中，s7-200 plc用于替代天文鐘，控制智能柜的照明回路，并能根據軟件編程，通過md720-3向處于gsm網絡中的sms接收站發送短信；無線傳輸模塊md720-3是s7-200 plc理想的gprs通信模塊，用于plc部分與gprs網絡的對接，plc與md720-3之間通過pc/ppi電纜進行連接。在本系統中，每個智能柜設一個遠程工作站，一共32個遠程工作站。遠程工作站的配置情況參見圖2所示。
圖2 遠程工作站配置情況
中央工作站設于主控室，工作站上裝有sinaut micro sc路由軟件和wincc監控軟件，通過internet與gsm/gprs網相連接，可以對遠程照明回路進行監控，并能進行照明回路的報警。sinaut micro sc路由軟件集成了opc server，可以建立多達256個simatic s7-200站點與控制中心的連接，wincc作為opc client以opc的方式同sinaut micro sc路由軟件傳輸數據，并將這些數據在監控畫面上以一定的方式顯示出來。參見圖3所示。
圖3 wincc與s7-200之間無線通信示意圖
5 通訊系統設計
5.1 通過 gprs/gsm 網絡進行通訊
(1)連接 s7-200——micro sc opc 路由軟件：通過gsm/gprs 可將最多 256 臺遠程 s7-200 控制器連接到中心的sinaut micro sc opc 路由軟件。在此 s7-200 控制器將被 gsm/gprs 調制解調器 sinaut md720-3 連接到gsm/gprs 無線網絡。帶有 opc 路由軟件 sinaut micro sc 的計算機通過 internet 與 gsm/gprs 網相連接。opc 客戶端可以訪問 opc 路由軟件 sinaut micro sc 的 opc 服務器，以便同遠程控制器進行數據交換。參見圖4所示。
圖4 s7-200同sinaut micro sc路由軟件的gprs通訊
(2)s7-200互聯：通過sinaut micro sc路由軟件也可以在連接的s7-200控制器之間進行交換。為此，首先要將控制器數據發送到sinaut micro sc路由軟件，再由路由軟件將數據繼續傳送給指定地址的控制器。參見圖5所示。
圖5 s7-200 同帶有 sinaut micro sc 路由軟件的 s7-200 的 gprs 通訊
5.2 通過sms進行通訊
文本信息(sms)——s7-200 sms接收站：通過sinaut md720-3 gsm/gprs調制解調器，s7-200控制器能夠向任意能接收sms文本信息的裝置發送sms。在傳送sms時，同sinaut micro sc之間已存在的gprs連接會中斷。參見圖6所示。
圖6 通過 sinaut md720-3 發送 sms
5.3 通過gsm數據通話進行遠程通話
用一個調制解調器(模擬、isdn、gsm)能在一臺作為配置計算機的pc與sinaut md720-3之間建立數據連接。為了避免接收到不希望的呼叫，sinaut md720-3只接受事先已登記的通信號碼的呼叫(clip)。與clip相適應，呼入的通話會與sinaut md720-3的內部服務界面或與相連控制器建立連接。
(1)gsm數據通話s7-200——配置計算機：呼叫相連接的控制器時，該控制器會切換到ppi模式，并可以進行軟件更新。參見圖7所示。
圖7 通過gsm數據通話對s7-200進行遠程配置
(2)gsm數據通話sinaut md720-3(服務-運行)——配置計算機：必須建立到sinaut md720-3服務界面的通話，以作為ppp連接。這樣就可以通過ftp協議執行新的軟件。參見圖8所示。
圖8 通過 gsm 數據通話對 sinaut md720-3 進行遠程配置
5.4 編程設計
為了通過gprs進行無線通訊，要將s7-200控制器連接到gsm/gprs調制解調器sinaut md720-3上，gsm/gprs調制解調器由s7-200的程序模塊配置并控制。s7-200 plc的編程軟件是step7-micro win，它的程序庫提供以下模塊，用于進行gprs通訊。
(1)wdc_init(wdc_初始化)：該模塊會初始化gprs程序庫、plc串行接口和gprs調制解調器。
(2)wdc_send(wdc_發送)：該模塊用于執行發送任務，在發送任務范圍內可以將應用數據塊通過指定的起始指針和長度發送到遠程工作站或opc服務器。
(3)wdc_receive(wdc_接收)：該程序模塊用于處理收到的數據，收到的數據會直接復制到指定地址。數據接收通過data_start 和 data_length信號來傳遞給應用程序。
(4)wdc_control(wdc_控制)：該模塊控制plc的通訊模式(ppi或自由端口)。
6 結束語
高速公路照明智能控制柜升級項目，實現了現地控制和中央集中控制的信息交互，滿足了高速公路智能照明回路的集中控制，達到了預期的目標。
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