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摘要：介绍了控制自来水厂阀门的控制系统，该系统使用GSM/SMS通讯技术,利用Unitronics公司的PLC软件平台U90，自动地实现远程控制阀门的开闭。
关键词：GSM/SMS；U90；PLC；自来水厂

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

    伴随计算机技术和通讯网络的飞速发展，PLC技术日新月异， 目前针对工业以太网技术的PLC技术已经成功应用，而针对因特网、GSM/CDMA通讯网络，PLC还处于初步阶段。以色列Unitronics公司生产的PLC-VISION系列集GSM/CDMA、PSTN、GPRS功能为一体，而M90/91系列带有GSM/SMS功能，为PLC的应用扩展了新的领域。本文将通过自来水厂控制阀门的控制系统的实例详细叙述在Unitronics公司的PLC软件平台U90中GSM/SMS通讯的实现。

2  U90软件平台及GSM/SMS技术

2.1  U90简介
    Unitronics公司生产的是一体化HMI（Human Machine Interface，人机操作界面）PLC，所谓一体化就是指PLC控制器、I/O接口、操作面板合而为一。U90是Unitronics公司开发的PLC软件开发平台，可以在多种操作系统中运行。其能够提供方便、快捷的编程环境，可使用触点、线圈、比较器、数学运算、逻辑运算、时钟、功能模块（SMS、PID……）等进行组态。相比于传统的PLC，U90增加了GSM/SMS通讯功能。
2.2  GSM/SMS技术
    (1)  SMS原理
    SMS是当前最流行的一种通讯技术，一创建就被确定为GSM的标准，通过它移动电话之间可以互相收发短消息，短消息的内容可以是文本、数字或二进制非文本数据。GSM标准中定义的点―点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为SMS-GMSC的特定MSC同GSM网络联系的。涉及SMS管理的协议如图1所示。

图1  涉及SMS管理的协议

    ?  SME：Short Messaging Entity，短消息实体。它可以接收或改善短消息，位于固定系统、移动基站或其他服务中心内；
    ?  SMSC：Short Message Service Center，短消息服务中心，负责在基站和SME之间中继、储存或转发短消息；移动台（ME）到SMSC的协议能传输来自移动台或朝向移动台的短消息，协议名为SMTP（Short Message Transmission Protocol）；
    ?  SMCGWMS或SMCGMSC：SMS-Gateway MSC，SMS网关。接收由SMSC发送的短消息，向HLR查询路由信息，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心；
    ?  HLR：Home Location Register，归属位置寄存器。用于永久储存管理用户和服务记录的数据库，由SMSC产生。SMS网关与HLR之间的协议使前者可以要求HLR搜索可找到的用户地址。它与MSC与HLR之间的协议一起，能在移动台因超出覆盖区而丢失报文、随后又可找到时加以提示；
    ?  MSC：Mobile Switching Center，移动交换中心。负责系统切换管理并控制来自或发向其他电话或数据系统的拨叫；
    ?  VLR：Visitor Location Register，访问位置寄存器。含有用户临时信息的数据库。交换中心服务访问用户时需要这些信息。
    (2)  SMS特点及应用
    一则SMS信息最多可达160个字节（大约70个汉字），与大约1秒钟的语音呼叫所占用的空间相当，故而其通讯费用十分低廉。SMS是GSM中唯一不要求建立端―端业务路径的业务，即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。短消息通信仅限于一个消息，换言之，一个消息的传输就构成了一次通信。因此，业务是非对称的，一般认为移动起始短消息传输与移动终接短报文传输是两回事。这并不阻碍实时对话，但系统认为不同的消息彼此独立，消息的传输总是由处于GSM外部的短消息服务中心（SMSC）进行中继，消息有目的地或起源地，但只与用户和SMSC有关，而与其他GSM基础设施无关。通过长期的使用，发现一条信息最好100个字符左右，这样通讯的可靠性更高。
    SMS应用的领域可包括：GSM/SMS机房监控和远程维护管理系统；GSM/SMS/GPS移动车辆监控调度系统；GSM/SMS移动性数据查询系统；GSM/SMS城市公用事业实时监控维护系统。
2.3  U90中的GSM/SMS通讯功能
    一个GSM无线传输站使用一张SIM卡，即每个传输站拥有一个GSM网络运营商提供的唯一号码，传输站之间的通讯地址识别，就是通过这个号码进行识别，因此传输站也可将数据传输站传到其它的GSM设备上，如手机。
    (1)  U90中GSM/SMS的工作原理

图2  GSM无线传输站原理框图

    GSM无线传输站原理如图2所示。需要发送数据时，OPLC或计算机工作站通过RS232接口向GSM传输站提供发射指令，同时将所要传输的数据（数据中可加标识字符，也可对数据进行保密编译）和需要传输到的地址（即接收端的SIM卡号码）送到传输站，传输站接收到指令及数据后进行SMS发送。发送成功后，传输站反馈成功信息到OPLC或计算机，若不成功，OPLC或计算机可根据需要要求传输站进行重新发送。
    GSM无线传输站接收数据是一个相反的过程。在传输站接收到一组SMS数据后，将数据传送到OPLC或计算机工作站，OPLC或计算机收到后首先对此数据的合法性进行判别（根据标识字符等）。若为有效数据，则对数据进行相应处理；若为无效数据，则不处理，并可以通过HMI查看是否收到无效信息。
    (2)  GSM/SMS在OPLC中的功能
    ?  远程故障检测   在任何用户定义好的事件发生时，通过GSM网络，OPLC会立即发送SMS短信息到GSM电话上；
    ?  远程控制    通过GSM网络，可以用GSM电话将SMS短信息发送到OPLC来监视和修改定点或系统内的实时参数。
    (3)  U90中GSM/SMS的特点
    ①  能够发送和接收含有固定文本和变量数据的SMS信息；
    ②  可以向6个不同的GSM电话号码发送消息；
    ③  可以发送不同的信息到不同的号码上；
    ④  拒绝未授权的号码的召唤；
    ⑤  实时响应召唤数据要求；
    ⑥  自动确认信息；
    ⑦  用户自定义信息的容量最多为1K；
    ⑧  通过GSM网络，可向任何本地或远程的串行打印机发送系统更新的信息。

3  应用案例

    临沧大朝山电厂自备自来水厂高位水池与水厂水池自控系统，选用的控制器就是Unitronics公司生产的带GSM/SMS功能的OPLC，型号是M90-19-B1A，带1路模拟量输入，10路数字量输出；软件是U90。
3.1  案例简介
    (1)  现场工况，如图3所示。

图3  现场工况图

    这是一个通过监控水池水位上下限来控制阀开闭的系统。超声波探头监测水池水位，当水位达到水位上限/下限时，GSM传输站1发送短信息，GSM传输站2接收到此短信息后关闭/开启阀门。
3.2  GSM/SMS通讯实现
    GSM参数为：类型是TC35，波特率19 200，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。
    (1)  SMS的配置，如图4所示。

图4  SMS配置图

    (2)  实现SMS通讯梯形图
    接收程序如图5所示。超过水位下限发送程序如图6所示。超过水位上限发送程序如图7所示。
    注意：接收程序是下载到传输站2的，水位上、下限发送程序是下载到传输站1的。

图5  接收程序梯形图

图6  超过水位下限发送程序梯形图

图7  超过水位上限发送程序梯形图

3.3  使用效果
    在没有使用这套自控系统之前，该厂主要是通过人工来打开、关闭阀门。必须有人在山上值班，当快没有水时，打电话上来通知打开阀门；当水快满时，又打电话上来通知关闭阀门。使用了这套设备后，整个系统实现了全自动控制。通过利用网络资源降低了水厂控制系统的建设和运行维护费用，终端性能稳定可靠、实用性强，提高了工效，降低了生产成本，经过近半年的运行，证明效果良好。

4  结语

    在传统意义上，PLC只是主要应用在逻辑控制、顺序控制及时序控制等相对比较简单的工业控制场合。但是，当今的工业控制市场上一些PLC生产商早在十年前就已经开始利用IT业的一些最新的软硬件成果不断完善和扩充PLC的功能，使现代意义上的PLC远远超越了“逻辑控制”的功能和概念。对于这些新型的PLC已经不能再简单的使用历史意义上的“可编程逻辑控制器”来理解。Unitronics公司生产的带GSM/SMS通讯功能的OPLC，充分利用GSM/SMS具有随时在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，为自动化生产控制领域带来了新的控制模式。不需到现场，不需到控制室，无论身在何处，只要手机能够漫游，具有SMS功能，就随时都可获得现场信息。