基于GMS和PLC的分布式远程监控系统的实现
摘要：本文对一种基于GMS和PLC 的分布式远程监控系统的工作原理、硬件配置、软件设计及系统性能
进行了论述。该系统采用具有SMS 短信功能的M90系列PLC 实现
离散现场站的测控，通过监控中心集中监控和适时手机查询，形成完整的远程监控应用方案。这种系统功
能完备、配置灵活、性价比高，实践证明该系统工作可靠性非常。
关键词：GSM；SMS；PLC；分布式；远程监控
一．引言
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。
参考文献：
[1] 周用学短消息（SMS）与WAP的开发及应用电子工业出版社2002.
[2] 范逸之Visual Basic 与分布式监控系统-----使用RS232/484串性通信
清华大学出版社2002
[3] SIEMENS 公司TC35 Terminal User Guide www.siemens.com/wm
[4]UNITRONICS 公司M90 User Guide
[5]马潮嵌入式GSM 短信息接口的软硬件接口。《单片机与嵌入式系统》2003。7
[6] 童瑞华利用手机模块实现短消息http://www.ccw.com.cn
进行了论述。该系统采用具有SMS 短信功能的M90系列PLC 实现
离散现场站的测控，通过监控中心集中监控和适时手机查询，形成完整的远程监控应用方案。这种系统功
能完备、配置灵活、性价比高，实践证明该系统工作可靠性非常。
关键词：GSM；SMS；PLC；分布式；远程监控
一．引言
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。
参考文献：
[1] 周用学短消息（SMS）与WAP的开发及应用电子工业出版社2002.
[2] 范逸之Visual Basic 与分布式监控系统-----使用RS232/484串性通信
清华大学出版社2002
[3] SIEMENS 公司TC35 Terminal User Guide www.siemens.com/wm
[4]UNITRONICS 公司M90 User Guide
[5]马潮嵌入式GSM 短信息接口的软硬件接口。《单片机与嵌入式系统》2003。7
[6] 童瑞华利用手机模块实现短消息http://www.ccw.com.cn
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