基于GSM公網的PLC遠程通信的設計與實現

分類：技術教程日期：2009-08-17 09:02:51 來源：廠商

PLC作為一種高性能的控制裝置，在分布式系統中得到了越來越廣泛的應用。在這種控制系統中，PLC可以多種方式，如直接采用現有的組態監控軟件與上位機通信，但針對小規模的控制系統，找到一種高性能價格比的通信方法，具有積極的實際意義。本文就日本三菱公司生產的FX2可編程控制器與監控中心通信方式的實現，從軟、硬件兩個方面來說明這個問題。隨著GSM移動通信網絡的迅速發展和用戶的日益擴大，新技術和新業務的開發和應用就已提到十分重要的位置。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，基于這種業務的各種應用也蓬勃發展起來。

以往，在無人值守的現場出現問題后，維修人員不可能訊速趕到現場排除故障，造成許多不必要的損失，所以作者設計了該采集與監控系統，將告警信息通過手機短消息的方式，發送到集中監控中心，從而實現了遠程遙控、遙測、遙調、遙訊。

1．系統的工作原理及組成

該系統主要是由兩部分組成：數據采集與監控終端；集中監控中心。通信方式采用手機短消息方式，通信設備采用手機模塊TC35，手機終端TC35T。TC35具有的功能：有語音、數據、短消息、FAX四種傳輸方式；工作在GSM900MHz和1800MHz頻帶范圍內；工作電源3.3V---5.5V；波特率為300bps-115kbps,在1200bps-115kbps為自動波特率設置；數據傳送采用AT命令集；SMS具有TEXT和PDU圖形模式；P-P數據通訊速率是2400、4800、9600、14400bps。TC35T是將TC35做到工業手機中，對外提供標準的RS232接口和電源接口。將計算機的串行口與TC35T的串行口用電纜直接連接，并在計算機上添加標準的調制解調器就可以使用了。TC35T使用AT命令集工作。系統的原理框圖如圖1所示：

集中監控中心通過通道1發送命令，首先通過TC35T發送設置命令，初始化數據采集與監控終端，設置需要采集的模擬量和開關量，設置系統的密碼，設置維修人員的手機號碼；然后發送采集命令，采集各種數據量。采集完數據量后，經PLC的處理，通過通道2以短消息的方式發送到集中監控中心，中心將數據整理存入數據庫中。如果數據采集與監控終端出現了故障，直接通過TC35模塊發送故障信息到維修人員手機上，同時監控中心接收發自數據采集與監控終端的告警信息，并進行相應的處理，如判定告警地點、告警類型及相應的原因、及時通知值班和相關維護管理人員、對告警信息進行統計和分析、設置告警監控模塊配置信息等。當故障排除后，數據采集與監控終端同樣發送短消息到監控中心，通知中心故障排除，可以正常采集數據了。當然每個數據采集與監控終端都對應由維修人員。

短消息服務業務（Short Message Service）是GSM系統提供給用戶的一種數字業務，它與話音傳輸及傳真一樣同為GSM數字蜂窩移動通信網絡提供的主要電信業務，SMS的收發占用的是GSM網絡的信令信道，不會占用普通話音信道，而且它是雙向通信，具有一定的交互能力。而且SMS具有較高的可靠性，短消息發送端的用戶可知道短消息是否已經到達接收端，由于短消息依靠了SMSC短消息服務中心的存儲和轉發機制，當接收端用戶關機或不在服務區內時，SMSC會暫時保存該短消息，接收端用戶如果在規定時間（通常為24小時）內重新處于工作狀態，SMSC會立刻發送短消息給接收端用戶，當發送成功時會返回發送端用戶一個確認信號。SMS充分利用了GSM網絡覆蓋廣的特點和全程全網的優勢，具有極佳的移動性，使得任何一個申請了短消息服務的GSM無線終端用戶在全網范圍內獲得服務。每個短消息的信息量限制為140個八位組（7比特編碼）140個英文字符或70個中文字符。如果超過此長度，則要分多次發送。

2．硬件電路設計

系統的硬件電路包括：監控終端硬件設計；集中監控中心。

監控終端硬件包括：數據采集部分；TC35接口電路；溫度傳感器電路；遙調電路。

集中監控中心硬件包括：上位機；TC35T手機終端。

2.1 數據采集部分

數據的采集分為：模擬量的采集和開關量的采集。

模擬量主要采集各種工業儀表的數據，如壓力、流量、溫度、濕度、電壓、電流等。

開關量的檢測，分別為：220V交流電壓檢測，門禁檢測。

電路原理框圖如圖2所示。

2.2遙調電路設計

為了能夠實現遠程自動調節各種現場的參數。作者設計了遙調電路。采用固態非易失性數字電位器X9313。電路圖如圖3所示。數字電位器是一種特殊的DAC，它的模擬量輸出不是電壓或電流，而是電阻。滑動單元的位置是由CS、U/D、INC三個輸入端控制。當CS為高，INC為高時，滑動端的位置可以被儲存在一個非易失性存儲器內，因此在下一次上電工作時可以被重新調用。當電位器的滑動端移到某一新位置時，而保持INC為低，CS為高時，此位置不存儲。VH、VL、VW相當于一般電位器的三個端。

圖3　遙調電路

2.3溫度傳感器電路設計

為了實時監視數據采集與監測終端的溫度變化，當溫度超過上限值時啟動排風裝置。當溫度低過下限值時啟動加溫裝置，作者設計了溫度傳感器電路。由于采集的溫度范圍屬于常溫范圍，所以采用晶體管傳感器LM335。它的輸出電壓與熱力學溫度成正比，靈敏度10mv/c。輸出后的電壓經過LM358放大器的放大后送A/D轉換器。電路圖如圖4所示。

圖4 溫度傳感器電路

2.4 TC35接口電路設計

TC35模塊主要是由射頻天線、內部FLASH、GSM基帶處理器、匹配電源和一個40腳的ZIP插座組成。TC35接口電路設計主要是40針的電纜與單片機的接口。如圖所示5。1~5腳提供3.3~5.5V峰值2A的直流電源；6~10接地；15腳為點火信號，接到單片機的P1.7，可以通過軟件啟動模塊。16腳~23腳是RS232串口的功能引腳，18腳、19腳分別為發送RXD和接收TXD引腳。24腳~29腳對應的是SIM卡的引腳。32腳為指示燈引腳，當未插入SIM卡或40腳的電纜沒有接好或者模塊正在入網時，指示燈處于閃亮狀態，亮600ms 滅600ms；當模塊登錄網絡時，指示燈亮75ms滅3s。

2.5 電平轉換器設計

FX2系列PLC的編程接口采用RS-422標準，而計算機的串行口采用RS-232標準。因此，作為實現PLC計算機通信的接口電路，必須將RS-422標準轉換成RS-232標準。RS-232與RS-422標準在信號的傳送、邏輯電平均不相同。RS-232采用單端接收器和單端發送器，只用一根信號線來傳送信息，并且根據該信號線上電平相對于公共的信號地電平的大小來決定邏輯的“1”。RS-422標準是一種以平衡方式傳輸的標準，即雙端發送和雙端接收，根據兩條傳輸線之間的電位差值來決定邏輯狀態。RS-422電路由發送器、平衡連接電纜、電纜終端負載和接收器組成。它通過平衡發送器和差動接收器將邏輯電平和電位差之間進行轉換。作者選用MAXIM公司的MAX232實現RS-232與TTL之間的電平轉換。MAX232內部有電壓倍增電路和轉換電路，僅需+5V電源就可工作，使用十分方便；選用MAX485實現RS-485與TTL之間的轉換。每片MAX485有一對發送器/接收器，由于通信采用全雙工方式，故需兩片MAX485，另外只需外接4只電容即可。