基于GSM公網(wǎng)的PLC遠(yuǎn)程通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

分類：技術(shù)教程日期：2009-08-17 09:02:51 來(lái)源：廠商

PLC作為一種高性能的控制裝置，在分布式系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在這種控制系統(tǒng)中，PLC可以多種方式，如直接采用現(xiàn)有的組態(tài)監(jiān)控軟件與上位機(jī)通信，但針對(duì)小規(guī)模的控制系統(tǒng)，找到一種高性能價(jià)格比的通信方法，具有積極的實(shí)際意義。本文就日本三菱公司生產(chǎn)的FX2可編程控制器與監(jiān)控中心通信方式的實(shí)現(xiàn)，從軟、硬件兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。隨著GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和用戶的日益擴(kuò)大，新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用就已提到十分重要的位置。短消息服務(wù)業(yè)務(wù)作為ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來(lái)越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來(lái)。

以往，在無(wú)人值守的現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題后，維修人員不可能訊速趕到現(xiàn)場(chǎng)排除故障，造成許多不必要的損失，所以作者設(shè)計(jì)了該采集與監(jiān)控系統(tǒng)，將告警信息通過(guò)手機(jī)短消息的方式，發(fā)送到集中監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙訊。

1．系統(tǒng)的工作原理及組成

該系統(tǒng)主要是由兩部分組成：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控終端；集中監(jiān)控中心。通信方式采用手機(jī)短消息方式，通信設(shè)備采用手機(jī)模塊TC35，手機(jī)終端TC35T。TC35具有的功能：有語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短消息、FAX四種傳輸方式；工作在GSM900MHz和1800MHz頻帶范圍內(nèi)；工作電源3.3V---5.5V；波特率為300bps-115kbps,在1200bps-115kbps為自動(dòng)波特率設(shè)置；數(shù)據(jù)傳送采用AT命令集；SMS具有TEXT和PDU圖形模式；P-P數(shù)據(jù)通訊速率是2400、4800、9600、14400bps。TC35T是將TC35做到工業(yè)手機(jī)中，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口和電源接口。將計(jì)算機(jī)的串行口與TC35T的串行口用電纜直接連接，并在計(jì)算機(jī)上添加標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器就可以使用了。TC35T使用AT命令集工作。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示：

集中監(jiān)控中心通過(guò)通道1發(fā)送命令，首先通過(guò)TC35T發(fā)送設(shè)置命令，初始化數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控終端，設(shè)置需要采集的模擬量和開(kāi)關(guān)量，設(shè)置系統(tǒng)的密碼，設(shè)置維修人員的手機(jī)號(hào)碼；然后發(fā)送采集命令，采集各種數(shù)據(jù)量。采集完數(shù)據(jù)量后，經(jīng)PLC的處理，通過(guò)通道2以短消息的方式發(fā)送到集中監(jiān)控中心，中心將數(shù)據(jù)整理存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控終端出現(xiàn)了故障，直接通過(guò)TC35模塊發(fā)送故障信息到維修人員手機(jī)上，同時(shí)監(jiān)控中心接收發(fā)自數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控終端的告警信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，如判定告警地點(diǎn)、告警類型及相應(yīng)的原因、及時(shí)通知值班和相關(guān)維護(hù)管理人員、對(duì)告警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析、設(shè)置告警監(jiān)控模塊配置信息等。當(dāng)故障排除后，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控終端同樣發(fā)送短消息到監(jiān)控中心，通知中心故障排除，可以正常采集數(shù)據(jù)了。當(dāng)然每個(gè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控終端都對(duì)應(yīng)由維修人員。

短消息服務(wù)業(yè)務(wù)（Short Message Service）是GSM系統(tǒng)提供給用戶的一種數(shù)字業(yè)務(wù)，它與話音傳輸及傳真一樣同為GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù)，SMS的收發(fā)占用的是GSM網(wǎng)絡(luò)的信令信道，不會(huì)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(fā)送端的用戶可知道短消息是否已經(jīng)到達(dá)接收端，由于短消息依靠了SMSC短消息服務(wù)中心的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，當(dāng)接收端用戶關(guān)機(jī)或不在服務(wù)區(qū)內(nèi)時(shí)，SMSC會(huì)暫時(shí)保存該短消息，接收端用戶如果在規(guī)定時(shí)間（通常為24小時(shí)）內(nèi)重新處于工作狀態(tài)，SMSC會(huì)立刻發(fā)送短消息給接收端用戶，當(dāng)發(fā)送成功時(shí)會(huì)返回發(fā)送端用戶一個(gè)確認(rèn)信號(hào)。SMS充分利用了GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣的特點(diǎn)和全程全網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，具有極佳的移動(dòng)性，使得任何一個(gè)申請(qǐng)了短消息服務(wù)的GSM無(wú)線終端用戶在全網(wǎng)范圍內(nèi)獲得服務(wù)。每個(gè)短消息的信息量限制為140個(gè)八位組（7比特編碼）140個(gè)英文字符或70個(gè)中文字符。如果超過(guò)此長(zhǎng)度，則要分多次發(fā)送。

2．硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件電路包括：監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)；集中監(jiān)控中心。

監(jiān)控終端硬件包括：數(shù)據(jù)采集部分；TC35接口電路；溫度傳感器電路；遙調(diào)電路。

集中監(jiān)控中心硬件包括：上位機(jī)；TC35T手機(jī)終端。

2.1 數(shù)據(jù)采集部分

數(shù)據(jù)的采集分為：模擬量的采集和開(kāi)關(guān)量的采集。

模擬量主要采集各種工業(yè)儀表的數(shù)據(jù)，如壓力、流量、溫度、濕度、電壓、電流等。

開(kāi)關(guān)量的檢測(cè)，分別為：220V交流電壓檢測(cè)，門(mén)禁檢測(cè)。

電路原理框圖如圖2所示。

2.2遙調(diào)電路設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)各種現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)。作者設(shè)計(jì)了遙調(diào)電路。采用固態(tài)非易失性數(shù)字電位器X9313。電路圖如圖3所示。數(shù)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(dòng)單元的位置是由CS、U/D、INC三個(gè)輸入端控制。當(dāng)CS為高，INC為高時(shí)，滑動(dòng)端的位置可以被儲(chǔ)存在一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)，因此在下一次上電工作時(shí)可以被重新調(diào)用。當(dāng)電位器的滑動(dòng)端移到某一新位置時(shí)，而保持INC為低，CS為高時(shí)，此位置不存儲(chǔ)。VH、VL、VW相當(dāng)于一般電位器的三個(gè)端。

圖3　遙調(diào)電路

2.3溫度傳感器電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)時(shí)監(jiān)視數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)終端的溫度變化，當(dāng)溫度超過(guò)上限值時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置。當(dāng)溫度低過(guò)下限值時(shí)啟動(dòng)加溫裝置，作者設(shè)計(jì)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(xué)溫度成正比，靈敏度10mv/c。輸出后的電壓經(jīng)過(guò)LM358放大器的放大后送A/D轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)

TC35模塊主要是由射頻天線、內(nèi)部FLASH、GSM基帶處理器、匹配電源和一個(gè)40腳的ZIP插座組成。TC35接口電路設(shè)計(jì)主要是40針的電纜與單片機(jī)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(diǎn)火信號(hào)，接到單片機(jī)的P1.7，可以通過(guò)軟件啟動(dòng)模塊。16腳~23腳是RS232串口的功能引腳，18腳、19腳分別為發(fā)送RXD和接收TXD引腳。24腳~29腳對(duì)應(yīng)的是SIM卡的引腳。32腳為指示燈引腳，當(dāng)未插入SIM卡或40腳的電纜沒(méi)有接好或者模塊正在入網(wǎng)時(shí)，指示燈處于閃亮狀態(tài)，亮600ms 滅600ms；當(dāng)模塊登錄網(wǎng)絡(luò)時(shí)，指示燈亮75ms滅3s。

2.5 電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

FX2系列PLC的編程接口采用RS-422標(biāo)準(zhǔn)，而計(jì)算機(jī)的串行口采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)。因此，作為實(shí)現(xiàn)PLC計(jì)算機(jī)通信的接口電路，必須將RS-422標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成RS-232標(biāo)準(zhǔn)。RS-232與RS-422標(biāo)準(zhǔn)在信號(hào)的傳送、邏輯電平均不相同。RS-232采用單端接收器和單端發(fā)送器，只用一根信號(hào)線來(lái)傳送信息，并且根據(jù)該信號(hào)線上電平相對(duì)于公共的信號(hào)地電平的大小來(lái)決定邏輯的“1”。RS-422標(biāo)準(zhǔn)是一種以平衡方式傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，即雙端發(fā)送和雙端接收，根據(jù)兩條傳輸線之間的電位差值來(lái)決定邏輯狀態(tài)。RS-422電路由發(fā)送器、平衡連接電纜、電纜終端負(fù)載和接收器組成。它通過(guò)平衡發(fā)送器和差動(dòng)接收器將邏輯電平和電位差之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。作者選用MAXIM公司的MAX232實(shí)現(xiàn)RS-232與TTL之間的電平轉(zhuǎn)換。MAX232內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，僅需+5V電源就可工作，使用十分方便；選用MAX485實(shí)現(xiàn)RS-485與TTL之間的轉(zhuǎn)換。每片MAX485有一對(duì)發(fā)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。