陶玉貴 陳萬順 王勇

摘要：為實(shí)現(xiàn)對設(shè)備資源遠(yuǎn)程集中控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測，本文提出基于GPRS和組態(tài)王的遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。PLC采集終端設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控主機(jī)，利用組態(tài)王軟件構(gòu)成可視化的監(jiān)控界面，從而實(shí)現(xiàn)對終端設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性強(qiáng)，具有較高的應(yīng)用前景和市場價(jià)值。

關(guān)鍵詞：無線通信系統(tǒng);GPRS;組態(tài)王;PLC

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）07-0031-03

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，對資源的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)利用和控制調(diào)度顯得非常重要，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)籌分配、集中調(diào)度和實(shí)時(shí)采集管理，研究開發(fā)各領(lǐng)域的遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)成為重要的技術(shù)工作。以前離設(shè)備較遠(yuǎn)的主控室是通過數(shù)傳電臺(tái)、搭建信號(hào)發(fā)射塔和架設(shè)專線的形式對各設(shè)備資源進(jìn)行集中控制和管理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)的傳送，但其造價(jià)成本高，施工和維護(hù)難度大，且對防雷擊要求高。而數(shù)傳電臺(tái)一般不支持主動(dòng)報(bào)警等操作，只能支持點(diǎn)對點(diǎn)的通信模式，所以必須等到主站輪詢到相應(yīng)終端時(shí)，才能上傳報(bào)警等數(shù)據(jù)。如果一個(gè)主站對應(yīng)的監(jiān)控終端較多時(shí)，輪詢一遍則需要花費(fèi)較長的時(shí)間，就不能對終端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

因此，設(shè)計(jì)一種用于數(shù)據(jù)采集的無線通信系統(tǒng)，幫助工作人員能夠在遠(yuǎn)離設(shè)備的監(jiān)控中心對各設(shè)備資源地進(jìn)行集中控制和管理，提高工作效率顯得非常必要。

1 無線通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)無線通信系統(tǒng)是基于移動(dòng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS），GPRS技術(shù)提供端到端、廣域無線IP連接。而數(shù)據(jù)傳輸單元DTU（Data Transfer unit）是專門實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)與IP數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的終端設(shè)備，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備和監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，能可以很好地解決數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。

遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。PLC采集終端將設(shè)備的各種狀態(tài)信號(hào)、數(shù)據(jù)，以及控制設(shè)備的信號(hào)，經(jīng)GPRS-DTU數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，再通過GRPS網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)利用監(jiān)控軟件定義的虛擬設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控軟件界面中，在監(jiān)控主機(jī)上實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)數(shù)據(jù)并監(jiān)控[1]。圖2為各模塊間數(shù)據(jù)傳輸流程圖。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件配置

可編程控制器（帶有RS485、RS232串口或者以太網(wǎng)口等）采集控制設(shè)備的各種狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)，如：遙信設(shè)備的運(yùn)行、故障，遙控設(shè)備的啟動(dòng)/停止，遙測水位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。將SIM卡安裝在GPRS-DTU模塊里面，該模塊串口與可編程控制器串口相連接，基于GPRS網(wǎng)絡(luò)，將采集設(shè)備的各種狀態(tài)信號(hào)、數(shù)據(jù)，以及控制設(shè)備的信號(hào)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無線傳輸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸。DTU原理框圖如圖3所示。在GPRS-DTU設(shè)備中，監(jiān)控主機(jī)IP地址設(shè)置為目的IP地址，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)采用靜態(tài)IP連接公共網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控軟件通過定義的虛擬設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機(jī)上，在監(jiān)控軟件界面中完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控。

2.2 GPRS-DTU模塊配置

GPRS-DTU模塊可以通過超級(jí)終端、串口調(diào)試工具等方式給DTU進(jìn)行參數(shù)配置[2]。在監(jiān)控中心主機(jī)啟動(dòng)DSC DEMO程序，調(diào)試DTU，用于向DTU發(fā)送和接收從DTU傳送來的數(shù)據(jù)，在配置現(xiàn)場DTU和監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用這個(gè)工具來測試現(xiàn)場DTU與中心是否能正常通訊，然后采用組態(tài)軟件與現(xiàn)場DTU進(jìn)行通訊測試。GPRS設(shè)備有兩個(gè)寄存器V_S（只讀）、V_C（讀寫）。V_S置0表示未連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，置1表示連接GPRS網(wǎng)絡(luò);V_C置0表示虛擬設(shè)備停止工作，置1表示虛擬設(shè)備恢復(fù)工作。

正常通訊時(shí)，組態(tài)王切換到運(yùn)行狀態(tài)，并定義GPRS連接的終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備變量，GPRS的兩個(gè)寄存器V_S、V_C的均置1，GPRS-DTU設(shè)備連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)時(shí)刷新終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。當(dāng)V_C的值置0，即停止虛擬設(shè)備工作，組態(tài)王與設(shè)備終止通訊。

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)備的監(jiān)控要求，在可編程控制器上編寫邏輯控制程序，在監(jiān)控主機(jī)的本地連接上設(shè)置GPRS-DTU配置軟件，對DTU進(jìn)行配置，如型號(hào)、串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位、中心地址、端口和備用中心地址等。其中串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位是根據(jù)可編程控制器串口的要求來進(jìn)行配置，中心地址、端口和備用中心地址是根據(jù)監(jiān)控主機(jī)訪問internet的外網(wǎng)IP，主中心地址由路由器通過運(yùn)營商獲取外網(wǎng)IP，而中心端口由路由器映射到計(jì)算機(jī)要開啟的端口。

上位機(jī)由組態(tài)監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)軟件Kingview6.55來建立監(jiān)控畫面，Kingview是自動(dòng)控制系統(tǒng)常用的監(jiān)控組態(tài)軟件，采用多線程、COM組件等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)。它可以充分利用Windows的圖形編輯功能，構(gòu)成可視化的無線通信系統(tǒng)監(jiān)控畫面，直觀地顯示PLC終端設(shè)備狀態(tài)和顯示整個(gè)通信系統(tǒng)狀態(tài)，并生成各種報(bào)表。建立一個(gè)控制系統(tǒng)組態(tài)王工程的過程一般包括創(chuàng)建新工程、定義硬件設(shè)備并添加工程變量、制作圖形畫面和定義動(dòng)畫連接、編寫命令語言、系統(tǒng)配置、運(yùn)行和調(diào)試等[3]。

在監(jiān)控主機(jī)的組態(tài)王軟件上繪制好畫面，關(guān)聯(lián)與可編程控制器一致的變量，運(yùn)行組態(tài)王軟件，設(shè)備資源數(shù)據(jù)采集和控制的各種狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)即時(shí)顯示在組態(tài)王軟件的畫面上。遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示[4]。

4 結(jié)語

本文給出一種基于GPRS和組態(tài)王的遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)比較方便，其通信鏈路由專業(yè)的運(yùn)營商來維護(hù)，用戶只在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道才被計(jì)費(fèi)，計(jì)費(fèi)合理，使用方便。GPRS-DTU模塊可以直接與RS232、RS485或以太網(wǎng)口的檢測設(shè)備連接，提供高達(dá)171.2kbit/s的傳輸速率，應(yīng)用帶寬大約30～40kbit/s，可以與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)建透明的無縫連接的數(shù)據(jù)傳輸通道。準(zhǔn)確性強(qiáng)、可靠性高，網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間短。因此系統(tǒng)具有體積小、性價(jià)比高、安裝方便、維護(hù)成本低、運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶玉貴，汪金寶.基于ARM+GPRS的遠(yuǎn)程電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].長春師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（2）：36-39.

[2] 楊峰，楊灝，魏江偉，等.油水井措施施工數(shù)字化監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2015，12（26）：84-86.

[3] 楊婷婷，劉龍龍.基于PLC和組態(tài)王的啤酒灌裝生產(chǎn)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，24（9）：81-83.

[4] 張立新，張碩生.基于組態(tài)王通訊協(xié)議的串行通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，26（1）：35-38.