基于GPRS和組態(tài)王的遠程無線通信系統(tǒng)設(shè)計

陶玉貴 陳萬順 王勇

摘要：為實現(xiàn)對設(shè)備資源遠程集中控制和實時監(jiān)測，本文提出基于GPRS和組態(tài)王的遠程無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案。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，利用組態(tài)王軟件構(gòu)成可視化的監(jiān)控界面，從而實現(xiàn)對終端設(shè)備實時監(jiān)控。實踐證明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)采集實時性強，具有較高的應(yīng)用前景和市場價值。

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

中圖分類號：TP277 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)籌分配、集中調(diào)度和實時采集管理，研究開發(fā)各領(lǐng)域的遠程通信系統(tǒng)成為重要的技術(shù)工作。以前離設(shè)備較遠的主控室是通過數(shù)傳電臺、搭建信號發(fā)射塔和架設(shè)專線的形式對各設(shè)備資源進行集中控制和管理，實現(xiàn)信號和數(shù)據(jù)的傳送，但其造價成本高，施工和維護難度大，且對防雷擊要求高。而數(shù)傳電臺一般不支持主動報警等操作，只能支持點對點的通信模式，所以必須等到主站輪詢到相應(yīng)終端時，才能上傳報警等數(shù)據(jù)。如果一個主站對應(yīng)的監(jiān)控終端較多時，輪詢一遍則需要花費較長的時間，就不能對終端進行實時監(jiān)控。

因此，設(shè)計一種用于數(shù)據(jù)采集的無線通信系統(tǒng)，幫助工作人員能夠在遠離設(shè)備的監(jiān)控中心對各設(shè)備資源地進行集中控制和管理，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

本設(shè)計無線通信系統(tǒng)是基于移動服務(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)進行傳輸，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備和監(jiān)控中心的遠程數(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、數(shù)據(jù)，以及控制設(shè)備的信號，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，監(jiān)控主機利用監(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)控主機上實時顯示狀態(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

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)信號和數(shù)據(jù)，如：遙信設(shè)備的運行、故障，遙控設(shè)備的啟動/停止，遙測水位的實時數(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、數(shù)據(jù)，以及控制設(shè)備的信號，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無線傳輸，從而實現(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，監(jiān)控主機采用靜態(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)控主機上，在監(jiān)控軟件界面中完成數(shù)據(jù)的實時顯示與監(jiān)控。

2.2 GPRS-DTU模塊配置

GPRS-DTU模塊可以通過超級終端、串口調(diào)試工具等方式給DTU進行參數(shù)配置[2]。在監(jiān)控中心主機啟動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，用這個工具來測試現(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進行通訊測試。GPRS設(shè)備有兩個寄存器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，組態(tài)王切換到運行狀態(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)，并實時刷新終端數(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

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)控主機的本地連接上設(shè)置GPRS-DTU配置軟件，對DTU進行配置，如型號、串口號、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位、中心地址、端口和備用中心地址等。其中串口號、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位是根據(jù)可編程控制器串口的要求來進行配置，中心地址、端口和備用中心地址是根據(jù)監(jiān)控主機訪問internet的外網(wǎng)IP，主中心地址由路由器通過運營商獲取外網(wǎng)IP，而中心端口由路由器映射到計算機要開啟的端口。

上位機由組態(tài)監(jiān)控畫面設(shè)計軟件Kingview6.55來建立監(jiān)控畫面，Kingview是自動控制系統(tǒng)常用的監(jiān)控組態(tài)軟件，采用多線程、COM組件等技術(shù)，實現(xiàn)實時多任務(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)和顯示整個通信系統(tǒng)狀態(tài)，并生成各種報表。建立一個控制系統(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畫連接、編寫命令語言、系統(tǒng)配置、運行和調(diào)試等[3]。

在監(jiān)控主機的組態(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)信號和數(shù)據(jù)即時顯示在組態(tài)王軟件的畫面上。遠程無線通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖如圖4所示[4]。

4 結(jié)語

本文給出一種基于GPRS和組態(tài)王的遠程無線通信系統(tǒng)設(shè)計方案。GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)比較方便，其通信鏈路由專業(yè)的運營商來維護，用戶只在傳輸數(shù)據(jù)時才占用信道才被計費，計費合理，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、可靠性高，網(wǎng)絡(luò)接入時間短。因此系統(tǒng)具有體積小、性價比高、安裝方便、維護成本低、運行可靠，數(shù)據(jù)采集實時性強等特點，具有較高的實際應(yīng)用價值。

參考文獻

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