摘要：介紹了控制自來(lái)水廠閥門(mén)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用GSM/SMS通訊技術(shù),利用Unitronics公司的PLC軟件平臺(tái)U90，自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制閥門(mén)的開(kāi)閉。
關(guān)鍵詞：GSM/SMS；U90；PLC；自來(lái)水廠

Abstract：The paper introduces the control system to control the valve of  running water plant. Using the communcation technology of GSM/SMS and PLC sofrware platform U90 of Unitronics company, this system realizes openning and closing the valve by remote control automationcally.
Key words：GSM/SMS; U90; PLC; Running water plant

1  前言

    伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，PLC技術(shù)日新月異， 目前針對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的PLC技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用，而針對(duì)因特網(wǎng)、GSM/CDMA通訊網(wǎng)絡(luò)，PLC還處于初步階段。以色列Unitronics公司生產(chǎn)的PLC-VISION系列集GSM/CDMA、PSTN、GPRS功能為一體，而M90/91系列帶有GSM/SMS功能，為PLC的應(yīng)用擴(kuò)展了新的領(lǐng)域。本文將通過(guò)自來(lái)水廠控制閥門(mén)的控制系統(tǒng)的實(shí)例詳細(xì)敘述在Unitronics公司的PLC軟件平臺(tái)U90中GSM/SMS通訊的實(shí)現(xiàn)。

2  U90軟件平臺(tái)及GSM/SMS技術(shù)

2.1  U90簡(jiǎn)介
    Unitronics公司生產(chǎn)的是一體化HMI（Human Machine Interface，人機(jī)操作界面）PLC，所謂一體化就是指PLC控制器、I/O接口、操作面板合而為一。U90是Unitronics公司開(kāi)發(fā)的PLC軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以在多種操作系統(tǒng)中運(yùn)行。其能夠提供方便、快捷的編程環(huán)境，可使用觸點(diǎn)、線圈、比較器、數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、時(shí)鐘、功能模塊（SMS、PID……）等進(jìn)行組態(tài)。相比于傳統(tǒng)的PLC，U90增加了GSM/SMS通訊功能。
2.2  GSM/SMS技術(shù)
    (1)  SMS原理
    SMS是當(dāng)前最流行的一種通訊技術(shù)，一創(chuàng)建就被確定為GSM的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)它移動(dòng)電話之間可以互相收發(fā)短消息，短消息的內(nèi)容可以是文本、數(shù)字或二進(jìn)制非文本數(shù)據(jù)。GSM標(biāo)準(zhǔn)中定義的點(diǎn)―點(diǎn)短消息服務(wù)使得短消息能在移動(dòng)臺(tái)和短消息服務(wù)中心之間傳遞。這些服務(wù)中心是通過(guò)稱為SMS-GMSC的特定MSC同GSM網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的。涉及SMS管理的協(xié)議如圖1所示。

圖1  涉及SMS管理的協(xié)議

    ?  SME：Short Messaging Entity，短消息實(shí)體。它可以接收或改善短消息，位于固定系統(tǒng)、移動(dòng)基站或其他服務(wù)中心內(nèi)；
    ?  SMSC：Short Message Service Center，短消息服務(wù)中心，負(fù)責(zé)在基站和SME之間中繼、儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)發(fā)短消息；移動(dòng)臺(tái)（ME）到SMSC的協(xié)議能傳輸來(lái)自移動(dòng)臺(tái)或朝向移動(dòng)臺(tái)的短消息，協(xié)議名為SMTP（Short Message Transmission Protocol）；
    ?  SMCGWMS或SMCGMSC：SMS-Gateway MSC，SMS網(wǎng)關(guān)。接收由SMSC發(fā)送的短消息，向HLR查詢路由信息，并將短消息傳送給接收者所在基站的交換中心；
    ?  HLR：Home Location Register，歸屬位置寄存器。用于永久儲(chǔ)存管理用戶和服務(wù)記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)，由SMSC產(chǎn)生。SMS網(wǎng)關(guān)與HLR之間的協(xié)議使前者可以要求HLR搜索可找到的用戶地址。它與MSC與HLR之間的協(xié)議一起，能在移動(dòng)臺(tái)因超出覆蓋區(qū)而丟失報(bào)文、隨后又可找到時(shí)加以提示；
    ?  MSC：Mobile Switching Center，移動(dòng)交換中心。負(fù)責(zé)系統(tǒng)切換管理并控制來(lái)自或發(fā)向其他電話或數(shù)據(jù)系統(tǒng)的撥叫；
    ?  VLR：Visitor Location Register，訪問(wèn)位置寄存器。含有用戶臨時(shí)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。交換中心服務(wù)訪問(wèn)用戶時(shí)需要這些信息。
    (2)  SMS特點(diǎn)及應(yīng)用
    一則SMS信息最多可達(dá)160個(gè)字節(jié)（大約70個(gè)漢字），與大約1秒鐘的語(yǔ)音呼叫所占用的空間相當(dāng)，故而其通訊費(fèi)用十分低廉。SMS是GSM中唯一不要求建立端―端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)，即使移動(dòng)臺(tái)已處于完全電路通信情況下仍可進(jìn)行短消息傳輸。短消息通信僅限于一個(gè)消息，換言之，一個(gè)消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。因此，業(yè)務(wù)是非對(duì)稱的，一般認(rèn)為移動(dòng)起始短消息傳輸與移動(dòng)終接短報(bào)文傳輸是兩回事。這并不阻礙實(shí)時(shí)對(duì)話，但系統(tǒng)認(rèn)為不同的消息彼此獨(dú)立，消息的傳輸總是由處于GSM外部的短消息服務(wù)中心（SMSC）進(jìn)行中繼，消息有目的地或起源地，但只與用戶和SMSC有關(guān)，而與其他GSM基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)關(guān)。通過(guò)長(zhǎng)期的使用，發(fā)現(xiàn)一條信息最好100個(gè)字符左右，這樣通訊的可靠性更高。
    SMS應(yīng)用的領(lǐng)域可包括：GSM/SMS機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)；GSM/SMS/GPS移動(dòng)車(chē)輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)；GSM/SMS移動(dòng)性數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)；GSM/SMS城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)。
2.3  U90中的GSM/SMS通訊功能
    一個(gè)GSM無(wú)線傳輸站使用一張SIM卡，即每個(gè)傳輸站擁有一個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的唯一號(hào)碼，傳輸站之間的通訊地址識(shí)別，就是通過(guò)這個(gè)號(hào)碼進(jìn)行識(shí)別，因此傳輸站也可將數(shù)據(jù)傳輸站傳到其它的GSM設(shè)備上，如手機(jī)。
    (1)  U90中GSM/SMS的工作原理

圖2  GSM無(wú)線傳輸站原理框圖

    GSM無(wú)線傳輸站原理如圖2所示。需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，OPLC或計(jì)算機(jī)工作站通過(guò)RS232接口向GSM傳輸站提供發(fā)射指令，同時(shí)將所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（數(shù)據(jù)中可加標(biāo)識(shí)字符，也可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保密編譯）和需要傳輸?shù)降牡刂罚唇邮斩说腟IM卡號(hào)碼）送到傳輸站，傳輸站接收到指令及數(shù)據(jù)后進(jìn)行SMS發(fā)送。發(fā)送成功后，傳輸站反饋成功信息到OPLC或計(jì)算機(jī)，若不成功，OPLC或計(jì)算機(jī)可根據(jù)需要要求傳輸站進(jìn)行重新發(fā)送。
    GSM無(wú)線傳輸站接收數(shù)據(jù)是一個(gè)相反的過(guò)程。在傳輸站接收到一組SMS數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳送到OPLC或計(jì)算機(jī)工作站，OPLC或計(jì)算機(jī)收到后首先對(duì)此數(shù)據(jù)的合法性進(jìn)行判別（根據(jù)標(biāo)識(shí)字符等）。若為有效數(shù)據(jù)，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理；若為無(wú)效數(shù)據(jù)，則不處理，并可以通過(guò)HMI查看是否收到無(wú)效信息。
    (2)  GSM/SMS在OPLC中的功能
    ?  遠(yuǎn)程故障檢測(cè)   在任何用戶定義好的事件發(fā)生時(shí)，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)，OPLC會(huì)立即發(fā)送SMS短信息到GSM電話上；
    ?  遠(yuǎn)程控制    通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)，可以用GSM電話將SMS短信息發(fā)送到OPLC來(lái)監(jiān)視和修改定點(diǎn)或系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時(shí)參數(shù)。
    (3)  U90中GSM/SMS的特點(diǎn)
    ①  能夠發(fā)送和接收含有固定文本和變量數(shù)據(jù)的SMS信息；
    ②  可以向6個(gè)不同的GSM電話號(hào)碼發(fā)送消息；
    ③  可以發(fā)送不同的信息到不同的號(hào)碼上；
    ④  拒絕未授權(quán)的號(hào)碼的召喚；
    ⑤  實(shí)時(shí)響應(yīng)召喚數(shù)據(jù)要求；
    ⑥  自動(dòng)確認(rèn)信息；
    ⑦  用戶自定義信息的容量最多為1K；
    ⑧  通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)，可向任何本地或遠(yuǎn)程的串行打印機(jī)發(fā)送系統(tǒng)更新的信息。

3  應(yīng)用案例

    臨滄大朝山電廠自備自來(lái)水廠高位水池與水廠水池自控系統(tǒng)，選用的控制器就是Unitronics公司生產(chǎn)的帶GSM/SMS功能的OPLC，型號(hào)是M90-19-B1A，帶1路模擬量輸入，10路數(shù)字量輸出；軟件是U90。
3.1  案例簡(jiǎn)介
    (1)  現(xiàn)場(chǎng)工況，如圖3所示。

圖3  現(xiàn)場(chǎng)工況圖

    這是一個(gè)通過(guò)監(jiān)控水池水位上下限來(lái)控制閥開(kāi)閉的系統(tǒng)。超聲波探頭監(jiān)測(cè)水池水位，當(dāng)水位達(dá)到水位上限/下限時(shí)，GSM傳輸站1發(fā)送短信息，GSM傳輸站2接收到此短信息后關(guān)閉/開(kāi)啟閥門(mén)。
3.2  GSM/SMS通訊實(shí)現(xiàn)
    GSM參數(shù)為：類(lèi)型是TC35，波特率19 200，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。
    (1)  SMS的配置，如圖4所示。

圖4  SMS配置圖

    (2)  實(shí)現(xiàn)SMS通訊梯形圖
    接收程序如圖5所示。超過(guò)水位下限發(fā)送程序如圖6所示。超過(guò)水位上限發(fā)送程序如圖7所示。
    注意：接收程序是下載到傳輸站2的，水位上、下限發(fā)送程序是下載到傳輸站1的。

圖5  接收程序梯形圖

圖6  超過(guò)水位下限發(fā)送程序梯形圖

圖7  超過(guò)水位上限發(fā)送程序梯形圖

3.3  使用效果
    在沒(méi)有使用這套自控系統(tǒng)之前，該廠主要是通過(guò)人工來(lái)打開(kāi)、關(guān)閉閥門(mén)。必須有人在山上值班，當(dāng)快沒(méi)有水時(shí)，打電話上來(lái)通知打開(kāi)閥門(mén)；當(dāng)水快滿時(shí)，又打電話上來(lái)通知關(guān)閉閥門(mén)。使用了這套設(shè)備后，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制。通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)資源降低了水廠控制系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，終端性能穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)，提高了工效，降低了生產(chǎn)成本，經(jīng)過(guò)近半年的運(yùn)行，證明效果良好。

4  結(jié)語(yǔ)

    在傳統(tǒng)意義上，PLC只是主要應(yīng)用在邏輯控制、順序控制及時(shí)序控制等相對(duì)比較簡(jiǎn)單的工業(yè)控制場(chǎng)合。但是，當(dāng)今的工業(yè)控制市場(chǎng)上一些PLC生產(chǎn)商早在十年前就已經(jīng)開(kāi)始利用IT業(yè)的一些最新的軟硬件成果不斷完善和擴(kuò)充PLC的功能，使現(xiàn)代意義上的PLC遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了“邏輯控制”的功能和概念。對(duì)于這些新型的PLC已經(jīng)不能再簡(jiǎn)單的使用歷史意義上的“可編程邏輯控制器”來(lái)理解。Unitronics公司生產(chǎn)的帶GSM/SMS通訊功能的OPLC，充分利用GSM/SMS具有隨時(shí)在線、不需撥號(hào)、價(jià)格便宜、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，為自動(dòng)化生產(chǎn)控制領(lǐng)域帶來(lái)了新的控制模式。不需到現(xiàn)場(chǎng)，不需到控制室，無(wú)論身在何處，只要手機(jī)能夠漫游，具有SMS功能，就隨時(shí)都可獲得現(xiàn)場(chǎng)信息。