基于GMS和PLC的分布式遠程監控系統的實現
摘要：本文對一種基于GMS和PLC 的分布式遠程監控系統的工作原理、硬件配置、軟件設計及系統性能
進行了論述。該系統采用具有SMS 短信功能的M90系列PLC 實現
離散現場站的測控，通過監控中心集中監控和適時手機查詢，形成完整的遠程監控應用方案。這種系統功
能完備、配置靈活、性價比高，實踐證明該系統工作可靠性非常。
關鍵詞：GSM；SMS；PLC；分布式；遠程監控
一．引言
SMS 短消息服務業務作為ＧＳＭ網絡的一種基本業務，已得到越來越多的系統運營商和系統開發商的
重視。目前，GSM、CDMA、TDMA 等移動網絡都支持SMS,這使SMS 成為一項非常普及的移動數據業務，基于這種業務的各種應用也蓬勃發展起來，如資訊服務、商務娛樂、遠程監控等。SMS 可以實現全國漫游，同時它克服了傳統專網通信系統建網周期長、投資大、維護費高、用戶數量有限的缺點，如果用戶使用STK 加密卡，還可實現點對點的保密通信。利用GSM 短信息系統進行的雙向數據傳送運營費用低、性能穩定，為各種遠程監控提供了一個全新的的通信平臺。
由于PLC 適合工業企業對自動化系統高可靠性的要求，長期以來，PLC 始終處于工業自動化控制領域的主戰場，為各種各樣的自動化控制系統提供了先進、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。開放式通信網絡技術的應用首當其沖，一些PLC 廠商在基于現場總線、internet 及移動通信的PLC 網絡互連功能的開發方面已有所突破。
本文設計的分布式遠程無線監控系統，現場測控采用以色列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定的GSM 公用網絡，傳輸模式采用成熟的SMS 短消息方式，以PLC 現場站定時自動上傳到監控中心的數據為主信息流，同時設有監控服務器適時呼叫指定參數和手機加密移動查詢功能，從而形成集中與移動方式結合的完整的遠程監控應用方案，實踐證明該系統功能完備、性能 可靠、規模配置靈活、性價比高。
二．系統硬件配置及工作原理
該系統由一個集中監控中心、多個PLC 現場監控站和GSM 網絡組成。
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。GSM MODEM 集成了使用西門子TC35的GSM 信道單元、信令轉換單元、電平轉換單元。在應用中，現場PLC 測控站和監控服務器通過RS232接口連接到內插GSM 手機通用的SIM 卡的 GSM MODEM 來發送和接收GSM 短消息，完成遠程數據交換功能。DC24V 的直流電源用于現場的GSM 傳輸站是比較方便的，監控中心的GSM 傳輸站可選常用5V 變壓器。
2．2現場測控站
一個PLC 現場測控站由各種現場傳感器和一臺M90 PLC 組成，每一臺PLC 分別配置一個GSM 傳輸站。
現場傳感器如流量計、液位計監測到數據以0-5V 獲4-20mA 的標準模擬信號形式輸入PLC，現場設備狀態與開關控制信號接入PLC 的數字I/O 端，由PLC 就可獨立的實現傳統的現場控制。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 短信收發功能。按照監控系統的要求，M90-PLC 可以將設備工況與產量信息通過GSM 傳輸站以短信的形式發送給監控中心，并接收監控中心或授權的手機的操作命令短消息，進行現場參數設定和設備控制。
2．3監控中心
監控中心主要由監控服務器和打印機等辦公設備組成。根據用戶的安全性要求，監控中心的服務器可以為 一臺高性能PC 機或工業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24小時在線的實時監控，并可通過打印機輸出報表，或進行大屏幕的動態監控。
系統結構圖如圖1所示。
本監控系統以PLC 現場站定時自動上傳到監控中心的數據為主信息流，同時設有手動適時呼叫指定參數的功能，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. 監控中心將分散在各地的各個測控站的數據分類整理，并存入數據庫中。如果現場出現了告警信息，現場測控站通過GSM 傳輸站同時發送告警信息到監控中心和值班人員的手機上；監控中心對告警信息進行統計和分析，并及時通知相關 責任人，還可以根據險情啟動應急預案，包括現場設備的遠程啟停控制。當告警排除后，現場測控站同樣發送告警排除通知短消息到監控中心，監控中心就可以恢復正常的數據采集與狀態報告了。
三．系統軟件設計
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的Unitronics 的U90編程軟件來實現的。
Unitronics’ 軟件工具遵從IEC 113.1 標準，并提供了可視化的集成開發環境。除了具有傳統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、通信參數設置、短信息內容編輯、1K 內容的現場數據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行各種各樣的功能。這樣可以很方便的實現監控系統的下位軟件編制，并有利于縮短開發周期和節省程序容量。
M90的編程步驟：
（1）接著按照現場控制要求通過的PLC 通用的梯形圖方式，實現開關量和標準模擬輸入監測與控制。
（2）按照監控的需要，通過集成開發工具提供的SMS 窗口，實現固定的短消息的編輯與GSM 通信設置；
（3）將代表某個的短消息的內部繼電器接入到梯形圖中，在滿足設定的邏輯條件時，通過觸發特有的S 與R 觸點，實現短消息的收發。
3．2上位監控軟件設計
上位監控軟件包括上位機SMS收發通信程序、監控界面軟件與監控中心數據庫軟件三部分。我們選用VB6.0 作為開發工具。
1．上位機SMS 收發通信程序設計
Visual Basic 串口通信由于Windows 系統程序的支持而變得極為方便，而通過串口控制GSM MODEM，實現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AT 命令，就可以快捷的實現SMS 的收發、查詢與處理。SMS 端信息的發送和接收常用兩種格式，文本(Text)方式和PDU(Protocol Description Unit)方式.M90 PLC 內部使用的是TEXT 方式，在上位監控軟件設計中我主要針對Text 方式進行了上下位機站的固定文本短消息通信，另設置了TEXT/PDU 模式的轉換接口，以便應用于通過手機或PC 進行監控中心數據庫的中文查詢功能。
由于篇幅所限，這里盡就Text 方式收發短信息的VB 程序開發做一下介紹。采用Text 方式收發短信息比較簡單，使用VB 編寫程序更為方便。程序中進行初始化設定之后，就可以通過MSComm1控件下發AT 命令進行短信息發送了。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
‘設定串口通信格式：速率為9600bps,無奇偶校‘驗，8個數據位，1位停止位
MSComm1.PortOpen=True
‘打開COM 口
MSComm1.Output=”AT+CSCA=”&Chr(34)&”+863800210500”&Chr(34)&”
‘設置西安地區中國聯通短信息服務中心號碼
MSComm1.Output=”AT+CMGS=”&Chr(34)&”+13110043774”&Chr(34)&”
MSComm1.Output=”Happy New Year!”
MSComm1.PortOpen=FalSe
‘關閉COM 口
2．監控界面與數據庫設計
這里介紹一種中小型SMS 遠程監控系統界面的設計內容。
監控系統界面主要包括系統登錄界面和監控系統主界面。點擊監控服務器桌面的SMS 遠程監控系統圖標，
首先出現系統登錄窗口，系統在檢驗用戶名和密碼，確認有效后，即可進入監控系統主界面。
監控系統主界面又分為系統設置界面、短消息查詢與處理界面和遠程控制界面。
用戶管理：監控中心用戶名、用戶密碼和用戶權限更改，用戶添加與刪除管理
系統通信管理：通信格式設定、SIM 卡號碼設定與短消息收發管理
現場站設置：現場單位名、站號、手機號、設備數量等的設定
現場當前信息:各單位的各個現場站點的工作狀態查詢;如排污口的污水或油井出油量對應的瞬時流量、累積流量，設備狀態和運行時間。
短信息收發記錄：監控中心與現場站之間短信息收發的分類記錄
即時查詢：現場站定時上傳數據之外，監控中心用戶可進行手動查詢現場信息。
設備控制：授權的監控系統用戶可進行設備的遠程控制，包括參數設定和設備啟停。
四、結束語
短消息業務具有永遠在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優勢，特別適用于需頻繁傳送小數據量的應用，還適用于偏遠地區、架設通信線路困難的地方。而以PLC 為核心的高可靠性的監控系統，已經為各種各樣的自動化控制系統提供了先進、可靠的應用案例。本文采用GSM 網的SMS 短消息業務,實現了現場PLC 控制站、監控中心和移動手機之間的遠程數據通信，這是通信技術、控制技術和計算機技術的完美結合，也使該遠程監控系統具有先進、可靠、經濟、便利的顯著特色。在生產流水線上、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控系統，用手機或計算機隨時監測各種產品的產出量，并進行工況遠程移動監控。該系統已在昆明、成都、大連等地多個行業投入運行，實踐證明該系統工作可靠性非常高。
參考文獻：
[1] 周用學短消息（SMS）與WAP的開發及應用電子工業出版社2002.
[2] 范逸之Visual Basic 與分布式監控系統-----使用RS232/484串性通信
清華大學出版社2002
[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。《單片機與嵌入式系統》2003。7
[6] 童瑞華利用手機模塊實現短消息http://www.ccw.com.cn
進行了論述。該系統采用具有SMS 短信功能的M90系列PLC 實現
離散現場站的測控，通過監控中心集中監控和適時手機查詢，形成完整的遠程監控應用方案。這種系統功
能完備、配置靈活、性價比高，實踐證明該系統工作可靠性非常。
關鍵詞：GSM；SMS；PLC；分布式；遠程監控
一．引言
SMS 短消息服務業務作為ＧＳＭ網絡的一種基本業務，已得到越來越多的系統運營商和系統開發商的
重視。目前，GSM、CDMA、TDMA 等移動網絡都支持SMS,這使SMS 成為一項非常普及的移動數據業務，基于這種業務的各種應用也蓬勃發展起來，如資訊服務、商務娛樂、遠程監控等。SMS 可以實現全國漫游，同時它克服了傳統專網通信系統建網周期長、投資大、維護費高、用戶數量有限的缺點，如果用戶使用STK 加密卡，還可實現點對點的保密通信。利用GSM 短信息系統進行的雙向數據傳送運營費用低、性能穩定，為各種遠程監控提供了一個全新的的通信平臺。
由于PLC 適合工業企業對自動化系統高可靠性的要求，長期以來，PLC 始終處于工業自動化控制領域的主戰場，為各種各樣的自動化控制系統提供了先進、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。開放式通信網絡技術的應用首當其沖，一些PLC 廠商在基于現場總線、internet 及移動通信的PLC 網絡互連功能的開發方面已有所突破。
本文設計的分布式遠程無線監控系統，現場測控采用以色列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定的GSM 公用網絡，傳輸模式采用成熟的SMS 短消息方式，以PLC 現場站定時自動上傳到監控中心的數據為主信息流，同時設有監控服務器適時呼叫指定參數和手機加密移動查詢功能，從而形成集中與移動方式結合的完整的遠程監控應用方案，實踐證明該系統功能完備、性能 可靠、規模配置靈活、性價比高。
二．系統硬件配置及工作原理
該系統由一個集中監控中心、多個PLC 現場監控站和GSM 網絡組成。
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。GSM MODEM 集成了使用西門子TC35的GSM 信道單元、信令轉換單元、電平轉換單元。在應用中，現場PLC 測控站和監控服務器通過RS232接口連接到內插GSM 手機通用的SIM 卡的 GSM MODEM 來發送和接收GSM 短消息，完成遠程數據交換功能。DC24V 的直流電源用于現場的GSM 傳輸站是比較方便的，監控中心的GSM 傳輸站可選常用5V 變壓器。
2．2現場測控站
一個PLC 現場測控站由各種現場傳感器和一臺M90 PLC 組成，每一臺PLC 分別配置一個GSM 傳輸站。
現場傳感器如流量計、液位計監測到數據以0-5V 獲4-20mA 的標準模擬信號形式輸入PLC，現場設備狀態與開關控制信號接入PLC 的數字I/O 端，由PLC 就可獨立的實現傳統的現場控制。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 短信收發功能。按照監控系統的要求，M90-PLC 可以將設備工況與產量信息通過GSM 傳輸站以短信的形式發送給監控中心，并接收監控中心或授權的手機的操作命令短消息，進行現場參數設定和設備控制。
2．3監控中心
監控中心主要由監控服務器和打印機等辦公設備組成。根據用戶的安全性要求，監控中心的服務器可以為 一臺高性能PC 機或工業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24小時在線的實時監控，并可通過打印機輸出報表，或進行大屏幕的動態監控。
系統結構圖如圖1所示。
本監控系統以PLC 現場站定時自動上傳到監控中心的數據為主信息流，同時設有手動適時呼叫指定參數的功能，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. 監控中心將分散在各地的各個測控站的數據分類整理，并存入數據庫中。如果現場出現了告警信息，現場測控站通過GSM 傳輸站同時發送告警信息到監控中心和值班人員的手機上；監控中心對告警信息進行統計和分析，并及時通知相關 責任人，還可以根據險情啟動應急預案，包括現場設備的遠程啟停控制。當告警排除后，現場測控站同樣發送告警排除通知短消息到監控中心，監控中心就可以恢復正常的數據采集與狀態報告了。
三．系統軟件設計
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的Unitronics 的U90編程軟件來實現的。
Unitronics’ 軟件工具遵從IEC 113.1 標準，并提供了可視化的集成開發環境。除了具有傳統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、通信參數設置、短信息內容編輯、1K 內容的現場數據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行各種各樣的功能。這樣可以很方便的實現監控系統的下位軟件編制，并有利于縮短開發周期和節省程序容量。
M90的編程步驟：
（1）接著按照現場控制要求通過的PLC 通用的梯形圖方式，實現開關量和標準模擬輸入監測與控制。
（2）按照監控的需要，通過集成開發工具提供的SMS 窗口，實現固定的短消息的編輯與GSM 通信設置；
（3）將代表某個的短消息的內部繼電器接入到梯形圖中，在滿足設定的邏輯條件時，通過觸發特有的S 與R 觸點，實現短消息的收發。
3．2上位監控軟件設計
上位監控軟件包括上位機SMS收發通信程序、監控界面軟件與監控中心數據庫軟件三部分。我們選用VB6.0 作為開發工具。
1．上位機SMS 收發通信程序設計
Visual Basic 串口通信由于Windows 系統程序的支持而變得極為方便，而通過串口控制GSM MODEM，實現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AT 命令，就可以快捷的實現SMS 的收發、查詢與處理。SMS 端信息的發送和接收常用兩種格式，文本(Text)方式和PDU(Protocol Description Unit)方式.M90 PLC 內部使用的是TEXT 方式，在上位監控軟件設計中我主要針對Text 方式進行了上下位機站的固定文本短消息通信，另設置了TEXT/PDU 模式的轉換接口，以便應用于通過手機或PC 進行監控中心數據庫的中文查詢功能。
由于篇幅所限，這里盡就Text 方式收發短信息的VB 程序開發做一下介紹。采用Text 方式收發短信息比較簡單，使用VB 編寫程序更為方便。程序中進行初始化設定之后，就可以通過MSComm1控件下發AT 命令進行短信息發送了。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
‘設定串口通信格式：速率為9600bps,無奇偶校‘驗，8個數據位，1位停止位
MSComm1.PortOpen=True
‘打開COM 口
MSComm1.Output=”AT+CSCA=”&Chr(34)&”+863800210500”&Chr(34)&”
‘設置西安地區中國聯通短信息服務中心號碼
MSComm1.Output=”AT+CMGS=”&Chr(34)&”+13110043774”&Chr(34)&”
MSComm1.Output=”Happy New Year!”
MSComm1.PortOpen=FalSe
‘關閉COM 口
2．監控界面與數據庫設計
這里介紹一種中小型SMS 遠程監控系統界面的設計內容。
監控系統界面主要包括系統登錄界面和監控系統主界面。點擊監控服務器桌面的SMS 遠程監控系統圖標，
首先出現系統登錄窗口，系統在檢驗用戶名和密碼，確認有效后，即可進入監控系統主界面。
監控系統主界面又分為系統設置界面、短消息查詢與處理界面和遠程控制界面。
用戶管理：監控中心用戶名、用戶密碼和用戶權限更改，用戶添加與刪除管理
系統通信管理：通信格式設定、SIM 卡號碼設定與短消息收發管理
現場站設置：現場單位名、站號、手機號、設備數量等的設定
現場當前信息:各單位的各個現場站點的工作狀態查詢;如排污口的污水或油井出油量對應的瞬時流量、累積流量，設備狀態和運行時間。
短信息收發記錄：監控中心與現場站之間短信息收發的分類記錄
即時查詢：現場站定時上傳數據之外，監控中心用戶可進行手動查詢現場信息。
設備控制：授權的監控系統用戶可進行設備的遠程控制，包括參數設定和設備啟停。
四、結束語
短消息業務具有永遠在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優勢，特別適用于需頻繁傳送小數據量的應用，還適用于偏遠地區、架設通信線路困難的地方。而以PLC 為核心的高可靠性的監控系統，已經為各種各樣的自動化控制系統提供了先進、可靠的應用案例。本文采用GSM 網的SMS 短消息業務,實現了現場PLC 控制站、監控中心和移動手機之間的遠程數據通信，這是通信技術、控制技術和計算機技術的完美結合，也使該遠程監控系統具有先進、可靠、經濟、便利的顯著特色。在生產流水線上、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控系統，用手機或計算機隨時監測各種產品的產出量，并進行工況遠程移動監控。該系統已在昆明、成都、大連等地多個行業投入運行，實踐證明該系統工作可靠性非常高。
參考文獻：
[1] 周用學短消息（SMS）與WAP的開發及應用電子工業出版社2002.
[2] 范逸之Visual Basic 與分布式監控系統-----使用RS232/484串性通信
清華大學出版社2002
[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。《單片機與嵌入式系統》2003。7
[6] 童瑞華利用手機模塊實現短消息http://www.ccw.com.cn
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