高速公路智能控制柜升級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

　　城際和地理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)gsm方案可充分利用國內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營商現(xiàn)有的公眾通訊網(wǎng)絡(luò)。gsm網(wǎng)絡(luò)抗干擾性好，性能穩(wěn)定，通信距離遠(yuǎn)，雙向數(shù)據(jù)傳送運(yùn)營費(fèi)用低適合信息量不是很大以及數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性要求不是很高的場(chǎng)合，為各種遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一個(gè)全新的的通信平臺(tái)。目前，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，它的價(jià)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(xiàn)在的無線網(wǎng)絡(luò)在性能、距離、價(jià)格上完全可以和有線網(wǎng)相媲美，甚至在某些方面超過有線網(wǎng)絡(luò)。

　　本文以某高速公路照明監(jiān)控為例論述遠(yuǎn)程監(jiān)控的gms升級(jí)解決方案。

2 高速公路照明監(jiān)控升級(jí)

高速公路照明監(jiān)控線路上一共分布有32臺(tái)智能柜，其中，北繞城高速公路分布有14臺(tái)，東繞城高速公路分布有13臺(tái)，機(jī)場(chǎng)有5臺(tái)。在智能柜升級(jí)系統(tǒng)中，要求將這32臺(tái)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(guān)燈，并把燈的狀態(tài)傳送給主控室。

經(jīng)分析，32臺(tái)智能柜分布較為分散，并且部分智能柜距主控室較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)處達(dá)四十多公里。在這種情況下，如果監(jiān)控系統(tǒng)采取有線方式，必將極大增加工程量，而且也需要相當(dāng)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(shù)傳電臺(tái)和利用gsm網(wǎng)絡(luò)兩種方法，由于距離較遠(yuǎn)，數(shù)傳電臺(tái)必須要有足夠大的功率才能保證網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性和可靠性，這就增加了系統(tǒng)升級(jí)的成本，而且因?yàn)殡娕_(tái)功率的增大使電臺(tái)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(shè)電纜，節(jié)省了大量資金，也不會(huì)因?yàn)榫嚯x太遠(yuǎn)而導(dǎo)致額外的成本，利用國內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營商的gsm網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。

3 設(shè)備選型

西門子自動(dòng)化產(chǎn)品種類豐富、質(zhì)量過硬、售后服務(wù)完善，能為各個(gè)行業(yè)和不同場(chǎng)合提供不同的解決方案，深受市場(chǎng)好評(píng)。在本系統(tǒng)中，采用西門子的產(chǎn)品來完成現(xiàn)分布式遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。本項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的設(shè)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(shè)備選型

　　本系統(tǒng)由s7-200 plc、md720-3 gprs調(diào)制解調(diào)器、天線和gprs通訊管理軟件sinaut micro sc(集成opc server)、wincc等組成，實(shí)現(xiàn)s7-200 plc的gprs(gsm移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò))無線連接。主要特點(diǎn)如下：①系統(tǒng)完整：該系統(tǒng)包括gprs調(diào)制解調(diào)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(wù)器，可透明提供遠(yuǎn)程站的所有過程數(shù)據(jù)，并可在中央站進(jìn)行分析。②開放透明：所有遠(yuǎn)程站都具有遠(yuǎn)程服務(wù)功能，可通過短信自動(dòng)向服務(wù)人員提供信息。成熟可靠：借助于調(diào)制解調(diào)器，可在全球范圍內(nèi)使用經(jīng)由gprs網(wǎng)絡(luò)的gsm移動(dòng)服務(wù)。③高性價(jià)比：使用sinaut micro sc軟件，可經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)所有子站與主站間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。④運(yùn)行優(yōu)化：gprs和因特網(wǎng)有效地縮短了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，持續(xù)在線，并且僅依據(jù)傳送數(shù)據(jù)量收費(fèi)。

4 遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搭建

　　遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)主要由中央工作站(central station)、遠(yuǎn)程工作站(remote station)、無線傳輸(gsm)三部分組成，見圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

　 遠(yuǎn)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(jù)軟件編程，通過md720-3向處于gsm網(wǎng)絡(luò)中的sms接收站發(fā)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(wǎng)絡(luò)的對(duì)接，plc與md720-3之間通過pc/ppi電纜進(jìn)行連接。在本系統(tǒng)中，每個(gè)智能柜設(shè)一個(gè)遠(yuǎn)程工作站，一共32個(gè)遠(yuǎn)程工作站。遠(yuǎn)程工作站的配置情況參見圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程工作站配置情況

　　中央工作站設(shè)于主控室，工作站上裝有sinaut micro sc路由軟件和wincc監(jiān)控軟件，通過internet與gsm/gprs網(wǎng)相連接，可以對(duì)遠(yuǎn)程照明回路進(jìn)行監(jiān)控，并能進(jìn)行照明回路的報(bào)警。sinaut micro sc路由軟件集成了opc server，可以建立多達(dá)256個(gè)simatic s7-200站點(diǎn)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(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)在監(jiān)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(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　5.1 通過 gprs/gsm 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(tái)遠(yuǎn)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(diào)制解調(diào)器 sinaut md720-3 連接到gsm/gprs 無線網(wǎng)絡(luò)。帶有 opc 路由軟件 sinaut micro sc 的計(jì)算機(jī)通過 internet 與 gsm/gprs 網(wǎng)相連接。opc 客戶端可以訪問 opc 路由軟件 sinaut micro sc 的 opc 服務(wù)器，以便同遠(yuǎn)程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)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(lián)：通過sinaut micro sc路由軟件也可以在連接的s7-200控制器之間進(jìn)行交換。為此，首先要將控制器數(shù)據(jù)發(fā)送到sinaut micro sc路由軟件，再由路由軟件將數(shù)據(jù)繼續(xù)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(jìn)行通訊

　　文本信息(sms)——s7-200 sms接收站：通過sinaut md720-3 gsm/gprs調(diào)制解調(diào)器，s7-200控制器能夠向任意能接收sms文本信息的裝置發(fā)送sms。在傳送sms時(shí)，同sinaut micro sc之間已存在的gprs連接會(huì)中斷。參見圖6所示。

圖6 通過 sinaut md720-3 發(fā)送 sms

　　5.3 通過gsm數(shù)據(jù)通話進(jìn)行遠(yuǎn)程通話

　　用一個(gè)調(diào)制解調(diào)器(模擬、isdn、gsm)能在一臺(tái)作為配置計(jì)算機(jī)的pc與sinaut md720-3之間建立數(shù)據(jù)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(hào)碼的呼叫(clip)。與clip相適應(yīng)，呼入的通話會(huì)與sinaut md720-3的內(nèi)部服務(wù)界面或與相連控制器建立連接。

　　(1)gsm數(shù)據(jù)通話s7-200——配置計(jì)算機(jī)：呼叫相連接的控制器時(shí)，該控制器會(huì)切換到ppi模式，并可以進(jìn)行軟件更新。參見圖7所示。

圖7 通過gsm數(shù)據(jù)通話對(duì)s7-200進(jìn)行遠(yuǎn)程配置

　　(2)gsm數(shù)據(jù)通話sinaut md720-3(服務(wù)-運(yùn)行)——配置計(jì)算機(jī)：必須建立到sinaut md720-3服務(wù)界面的通話，以作為ppp連接。這樣就可以通過ftp協(xié)議執(zhí)行新的軟件。參見圖8所示。

圖8 通過 gsm 數(shù)據(jù)通話對(duì) sinaut md720-3 進(jìn)行遠(yuǎn)程配置

　　5.4 編程設(shè)計(jì)

　　為了通過gprs進(jìn)行無線通訊，要將s7-200控制器連接到gsm/gprs調(diào)制解調(diào)器sinaut md720-3上，gsm/gprs調(diào)制解調(diào)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(jìn)行g(shù)prs通訊。

　　(1)wdc_init(wdc_初始化)：該模塊會(huì)初始化gprs程序庫、plc串行接口和gprs調(diào)制解調(diào)器。

　　(2)wdc_send(wdc_發(fā)送)：該模塊用于執(zhí)行發(fā)送任務(wù)，在發(fā)送任務(wù)范圍內(nèi)可以將應(yīng)用數(shù)據(jù)塊通過指定的起始指針和長(zhǎng)度發(fā)送到遠(yuǎn)程工作站或opc服務(wù)器。

　　(3)wdc_receive(wdc_接收)：該程序模塊用于處理收到的數(shù)據(jù)，收到的數(shù)據(jù)會(huì)直接復(fù)制到指定地址。數(shù)據(jù)接收通過data_start 和 data_length信號(hào)來傳遞給應(yīng)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(jié)束語

　　高速公路照明智能控制柜升級(jí)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)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(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。