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摘要：介紹了控制自來水廠閥門的控制系統，該系統使用GSM/SMS通訊技術,利用Unitronics公司的PLC軟件平臺U90，自動地實現遠程控制閥門的開閉。
關鍵詞：GSM/SMS；U90；PLC；自來水廠

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

    伴隨計算機技術和通訊網絡的飛速發展，PLC技術日新月異， 目前針對工業以太網技術的PLC技術已經成功應用，而針對因特網、GSM/CDMA通訊網絡，PLC還處于初步階段。以色列Unitronics公司生產的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的應用擴展了新的領域。本文將通過自來水廠控制閥門的控制系統的實例詳細敘述在Unitronics公司的PLC軟件平臺U90中GSM/SMS通訊的實現。

2  U90軟件平臺及GSM/SMS技術

2.1  U90簡介
    Unitronics公司生產的是一體化HMI（Human Machine Interface，人機操作界面）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公司開發的PLC軟件開發平臺，可以在多種操作系統中運行。其能夠提供方便、快捷的編程環境，可使用觸點、線圈、比較器、數學運算、邏輯運算、時鐘、功能模塊（SMS、PID……）等進行組態。相比于傳統的PLC，U90增加了GSM/SMS通訊功能。
2.2  GSM/SMS技術
    (1)  SMS原理
    SMS是當前最流行的一種通訊技術，一創建就被確定為GSM的標準，通過它移動電話之間可以互相收發短消息，短消息的內容可以是文本、數字或二進制非文本數據。GSM標準中定義的點―點短消息服務使得短消息能在移動臺和短消息服務中心之間傳遞。這些服務中心是通過稱為SMS-GMSC的特定MSC同GSM網絡聯系的。涉及SMS管理的協議如圖1所示。

圖1  涉及SMS管理的協議

    ?  SME：Short Messaging Entity，短消息實體。它可以接收或改善短消息，位于固定系統、移動基站或其他服務中心內；
    ?  SMSC：Short Message Service Center，短消息服務中心，負責在基站和SME之間中繼、儲存或轉發短消息；移動臺（ME）到SMSC的協議能傳輸來自移動臺或朝向移動臺的短消息，協議名為SMTP（Short Message Transmission Protocol）；
    ?  SMCGWMS或SMCGMSC：SMS-Gateway MSC，SMS網關。接收由SMSC發送的短消息，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。用于永久儲存管理用戶和服務記錄的數據庫，由SMSC產生。SMS網關與HLR之間的協議使前者可以要求HLR搜索可找到的用戶地址。它與MSC與HLR之間的協議一起，能在移動臺因超出覆蓋區而丟失報文、隨后又可找到時加以提示；
    ?  MSC：Mobile Switching Center，移動交換中心。負責系統切換管理并控制來自或發向其他電話或數據系統的撥叫；
    ?  VLR：Visitor Location Register，訪問位置寄存器。含有用戶臨時信息的數據庫。交換中心服務訪問用戶時需要這些信息。
    (2)  SMS特點及應用
    一則SMS信息最多可達160個字節（大約70個漢字），與大約1秒鐘的語音呼叫所占用的空間相當，故而其通訊費用十分低廉。SMS是GSM中唯一不要求建立端―端業務路徑的業務，即使移動臺已處于完全電路通信情況下仍可進行短消息傳輸。短消息通信僅限于一個消息，換言之，一個消息的傳輸就構成了一次通信。因此，業務是非對稱的，一般認為移動起始短消息傳輸與移動終接短報文傳輸是兩回事。這并不阻礙實時對話，但系統認為不同的消息彼此獨立，消息的傳輸總是由處于GSM外部的短消息服務中心（SMSC）進行中繼，消息有目的地或起源地，但只與用戶和SMSC有關，而與其他GSM基礎設施無關。通過長期的使用，發現一條信息最好100個字符左右，這樣通訊的可靠性更高。
    SMS應用的領域可包括：GSM/SMS機房監控和遠程維護管理系統；GSM/SMS/GPS移動車輛監控調度系統；GSM/SMS移動性數據查詢系統；GSM/SMS城市公用事業實時監控維護系統。
2.3  U90中的GSM/SMS通訊功能
    一個GSM無線傳輸站使用一張SIM卡，即每個傳輸站擁有一個GSM網絡運營商提供的唯一號碼，傳輸站之間的通訊地址識別，就是通過這個號碼進行識別，因此傳輸站也可將數據傳輸站傳到其它的GSM設備上，如手機。
    (1)  U90中GSM/SMS的工作原理

圖2  GSM無線傳輸站原理框圖

    GSM無線傳輸站原理如圖2所示。需要發送數據時，OPLC或計算機工作站通過RS232接口向GSM傳輸站提供發射指令，同時將所要傳輸的數據（數據中可加標識字符，也可對數據進行保密編譯）和需要傳輸到的地址（即接收端的SIM卡號碼）送到傳輸站，傳輸站接收到指令及數據后進行SMS發送。發送成功后，傳輸站反饋成功信息到OPLC或計算機，若不成功，OPLC或計算機可根據需要要求傳輸站進行重新發送。
    GSM無線傳輸站接收數據是一個相反的過程。在傳輸站接收到一組SMS數據后，將數據傳送到OPLC或計算機工作站，OPLC或計算機收到后首先對此數據的合法性進行判別（根據標識字符等）。若為有效數據，則對數據進行相應處理；若為無效數據，則不處理，并可以通過HMI查看是否收到無效信息。
    (2)  GSM/SMS在OPLC中的功能
    ?  遠程故障檢測   在任何用戶定義好的事件發生時，通過GSM網絡，OPLC會立即發送SMS短信息到GSM電話上；
    ?  遠程控制    通過GSM網絡，可以用GSM電話將SMS短信息發送到OPLC來監視和修改定點或系統內的實時參數。
    (3)  U90中GSM/SMS的特點
    ①  能夠發送和接收含有固定文本和變量數據的SMS信息；
    ②  可以向6個不同的GSM電話號碼發送消息；
    ③  可以發送不同的信息到不同的號碼上；
    ④  拒絕未授權的號碼的召喚；
    ⑤  實時響應召喚數據要求；
    ⑥  自動確認信息；
    ⑦  用戶自定義信息的容量最多為1K；
    ⑧  通過GSM網絡，可向任何本地或遠程的串行打印機發送系統更新的信息。

3  應用案例

    臨滄大朝山電廠自備自來水廠高位水池與水廠水池自控系統，選用的控制器就是Unitronics公司生產的帶GSM/SMS功能的OPLC，型號是M90-19-B1A，帶1路模擬量輸入，10路數字量輸出；軟件是U90。
3.1  案例簡介
    (1)  現場工況，如圖3所示。

圖3  現場工況圖

    這是一個通過監控水池水位上下限來控制閥開閉的系統。超聲波探頭監測水池水位，當水位達到水位上限/下限時，GSM傳輸站1發送短信息，GSM傳輸站2接收到此短信息后關閉/開啟閥門。
3.2  GSM/SMS通訊實現
    GSM參數為：類型是TC35，波特率19 200，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗。
    (1)  SMS的配置，如圖4所示。

圖4  SMS配置圖

    (2)  實現SMS通訊梯形圖
    接收程序如圖5所示。超過水位下限發送程序如圖6所示。超過水位上限發送程序如圖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  超過水位下限發送程序梯形圖

圖7  超過水位上限發送程序梯形圖

3.3  使用效果
    在沒有使用這套自控系統之前，該廠主要是通過人工來打開、關閉閥門。必須有人在山上值班，當快沒有水時，打電話上來通知打開閥門；當水快滿時，又打電話上來通知關閉閥門。使用了這套設備后，整個系統實現了全自動控制。通過利用網絡資源降低了水廠控制系統的建設和運行維護費用，終端性能穩定可靠、實用性強，提高了工效，降低了生產成本，經過近半年的運行，證明效果良好。

4  結語

    在傳統意義上，PLC只是主要應用在邏輯控制、順序控制及時序控制等相對比較簡單的工業控制場合。但是，當今的工業控制市場上一些PLC生產商早在十年前就已經開始利用IT業的一些最新的軟硬件成果不斷完善和擴充PLC的功能，使現代意義上的PLC遠遠超越了“邏輯控制”的功能和概念。對于這些新型的PLC已經不能再簡單的使用歷史意義上的“可編程邏輯控制器”來理解。Unitronics公司生產的帶GSM/SMS通訊功能的OPLC，充分利用GSM/SMS具有隨時在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等特點，為自動化生產控制領域帶來了新的控制模式。不需到現場，不需到控制室，無論身在何處，只要手機能夠漫游，具有SMS功能，就隨時都可獲得現場信息。