基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)與研究解讀

1、基于 PLC 的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要智能電網(wǎng)時(shí)代的 SCADA技術(shù)是以設(shè)備對(duì)象和網(wǎng)絡(luò)模型為核心的理念來(lái)進(jìn)行 設(shè)計(jì)的，它具有處理面廣、 人工智能化水平很高的明顯優(yōu)點(diǎn)， 并且具有方便的拓 展性，在這基礎(chǔ)上能夠方便的擴(kuò)展出非常多的功能化模塊， 比如電廠脫硫的監(jiān)視、 新能源的綜合監(jiān)測(cè)等， 而不必要增加一些另外的應(yīng)用或系統(tǒng)。 這種技術(shù)能夠?yàn)橹?能電網(wǎng)的調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)及智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支 撐，有利于促進(jìn)我國(guó)智能電網(wǎng)的全面發(fā)展。由調(diào)度中心收集的網(wǎng)絡(luò)信息必須要通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)用軟件的處理， 以便最終實(shí) 現(xiàn)調(diào)度生產(chǎn)過(guò)程中的各種各樣的方式。在已經(jīng)掌握一些現(xiàn)有的應(yīng)用軟件的條件 下，調(diào)度員可以很

2、快的監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中的各種狀態(tài)， 可以很快并且很方 便地分析電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)， 在事故情況下盡快的完成相 應(yīng)的判斷、決策，才能夠?qū)b遠(yuǎn)的廠，站實(shí)施有效的遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)整。本課題針對(duì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的管理和監(jiān)控，詳細(xì)分析和說(shuō)明了 SCADA 系統(tǒng)中的軟硬件設(shè)計(jì)， 并對(duì) SCADA系統(tǒng)及其發(fā)展和 SCADA系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度自 動(dòng)化系統(tǒng)中的若干相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了初步的研究。 針對(duì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)工作原 理，詳細(xì)的分析和描述了 SCADA系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，初步研究了 SCADA 系統(tǒng)和 SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的一些相關(guān)技術(shù)。 SCADA系 統(tǒng)其實(shí)

3、是一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集分析的系統(tǒng)。 通過(guò)對(duì) SCADA仿真系統(tǒng)的研 究，讓我們對(duì) SCADA仿真系統(tǒng)有一個(gè)比較具體的了解， 熟悉 SCADA仿真系統(tǒng)的發(fā) 展歷程，當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 充分體會(huì)到了 SCADA仿真系統(tǒng)在 國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度中發(fā)揮的不可或缺的作用。關(guān)鍵詞: SCADA; 電網(wǎng)調(diào)度 ; 仿真；智能電網(wǎng)；自動(dòng)化基于 PLC 的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)ABSTRACTThe smart grid era of SCADA technology is based on the device object and the network model as the core conce

4、pt to design, it has a wide treatment surface,the obvious advantage of the high level of artificial intelligence, and has a convenient expansion in this basis canfacilitate the expansion of a very large number of functional modules, such as desulfurization plant monitoring, energy monitoring, and un

5、necessary increase in some other application or system.This technology can support the automation of production and operation of thesystem and the smart grid scheduling for smart grid scheduling technology to provide strong technical support and help to promote the comprehensive development of China

6、s smart grid.Network information collected by the dispatch center must pass the appropriate processing of the application software, so that the final scheduling of the production process in various ways. Conditions have mastered some of the existing application software, the dispatcher can quickly m

7、onitor the various states of the power grid during operation, you can quickly and easily analyze the grid run-time stability and economic development trends the completion of the judgment, decision systems, a detailed analysis and description of the SCADAs ystem hardware and software design, and the

8、 SCADA system and its development and SCADA systems used in dispatching automation systems in a number of related technologies conducted a preliminarystudy. Grid dispatch automation system works, a detailed analysis and description of the SCADAs ystem hardware and software design, preliminary study

9、on the design of SCADAs ystems and SCADAs ystems in dispatching automation systems in a number of related technologies. The SCADAs ystem is actually a real-time data monitoring and data acquisition analysis system. Simulation of SCADAs ystem, a more specific understanding of SCADA simulation system,

10、 familiar with SCADA simulation system development process, the current development status and future development trends. Fully appreciate the SCADAs imulation system an indispensable role to play in the national grid scheduling.Key words : SCAD；A Power Dispatching ；Simulation ；Smart Grid ；automatio

11、n基于 PLC 的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第一章 緒論 - 1 - HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第一節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控的背景和意義 - 1 - HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第二節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀 - 2 - HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第三節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 5 HYPERLINK l bookmark14 o

12、Current Document 第四節(jié) 本課題研究的內(nèi)容及意義 6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二章 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第一節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基本原理 8 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第二節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架 10 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第三節(jié) PLC 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成 11 HYPERLINK l bookmark24 o Cur

13、rent Document 第三章 基于 PLC的手機(jī)短信息遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12第一節(jié) 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 - 12 -第二節(jié) 本系統(tǒng)的硬件組成 - 12 - HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第三節(jié) 總體的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能 15第四節(jié) PLC主控模塊設(shè)計(jì) - 16 -第五節(jié) 窗戶控制模塊的設(shè)計(jì) - 16 - HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第六節(jié) 防盜報(bào)警模塊的設(shè)計(jì) 19 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 第四章 基于 PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的程

14、序設(shè)計(jì) 20第一節(jié) 發(fā)送短消息的 GSM07系列協(xié)議簡(jiǎn)介 - 20 -第二節(jié) 程序設(shè)計(jì) - 21 - HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第五章 結(jié)論與展望 31 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第一節(jié) 結(jié)論 31 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 第二節(jié) 展望 32參考文獻(xiàn) 33 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 致謝 35新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2第一章 緒論第一節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控的背景

15、和意義伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速地發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益劇烈，企業(yè)的生 產(chǎn)、銷售和服務(wù)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大。企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)開始向產(chǎn)品的創(chuàng)新能力、產(chǎn)品的質(zhì)量和 維修服務(wù)的水平等多元化的方向發(fā)展。在當(dāng)今的全球市場(chǎng)中，設(shè)備的技術(shù)維修與售后服務(wù)已經(jīng)成為了制約現(xiàn)代化企業(yè)的生 產(chǎn)能力和影響客戶對(duì)產(chǎn)品的滿意程度的重要因素，也成為了決定企業(yè)利潤(rùn)和產(chǎn)品品牌的 重要因素。設(shè)備制造行業(yè)不僅要求技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)新產(chǎn)品，而且還要在 產(chǎn)品的生產(chǎn)使用過(guò)程中，提供全生命周期的技術(shù)支持、實(shí)施設(shè)備的終生保修政策。這一 發(fā)展趨勢(shì)的興起，使得設(shè)備制造企業(yè)開始從制造型向制造、服務(wù)型的不斷轉(zhuǎn)變，也促使 著設(shè)備制造商在產(chǎn)品的生

16、產(chǎn)研發(fā)中加入遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，使得技術(shù)服務(wù)費(fèi)用大幅度降低； 對(duì)設(shè)備使用型企業(yè)而言，對(duì)潛在的設(shè)備故障，遠(yuǎn)程監(jiān)控通過(guò) E-mail 、手機(jī)短息等方式進(jìn) 行預(yù)警，大大縮短了設(shè)備維修服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)著控制技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化、分布性和開放性的方向發(fā)展， 并實(shí)現(xiàn)了跨地域的資源共享，這種趨勢(shì)使遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能的擴(kuò)展性能不斷提高， 使用更加靈活、更加簡(jiǎn)便。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程交流、遠(yuǎn)程技術(shù)支持、遠(yuǎn)程 維護(hù)和管理等方面有著出色的發(fā)展前景。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)具備了以下幾個(gè)特征：遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可以使異地的智力之源得到充分利用。可以使位于異地的專家通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

17、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可以使異地的物質(zhì)資源得到充分利用。通過(guò)該技術(shù)的使用，可以 使異地物資資源的共享和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)。管理人員采用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，可以不必親臨惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境就可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工作 情況進(jìn)行監(jiān)視，完成對(duì)參數(shù)的設(shè)置與調(diào)整，修復(fù)故障等。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的快速集中和實(shí)時(shí)采集，獲得現(xiàn) 場(chǎng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，提供了遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)。在現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。遠(yuǎn)程監(jiān)控的進(jìn)行有以下幾 種方式： (1) 使用無(wú)線電設(shè)備進(jìn)行信號(hào)的收發(fā)； (2) 使用電話線路，利用電話網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) 雙音多頻(DTMF)信號(hào)載體來(lái)傳送簡(jiǎn)的單命令和數(shù)據(jù)； (3) 利用計(jì)算機(jī)，借助 Int

18、ernet( 互 聯(lián)網(wǎng))進(jìn)行數(shù)據(jù)及命令的傳輸； (4) 借助 PLMN公( 用陸地移動(dòng)網(wǎng) )的 SMS(短信)服務(wù)平臺(tái)或新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2GPRS通（ 用分組無(wú)線業(yè)務(wù) ） 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能進(jìn)行數(shù)據(jù)或命令的傳遞。經(jīng)過(guò)三代的發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù) GSM（Global System for Mobile Communication） 系統(tǒng)是當(dāng)下移動(dòng)通信體制中最完善、最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種基于時(shí)分多址技術(shù)的移 動(dòng)通信系統(tǒng)。在遠(yuǎn)距離監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、 GPS 定位、無(wú)線報(bào)警、繳費(fèi)通知等領(lǐng)域， GSM 全球移動(dòng)通訊短信息的傳送技術(shù)都被廣泛的應(yīng)用。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上，與傳統(tǒng)的集群系 統(tǒng)相比，

19、GSM系統(tǒng)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)， 另外由于 GSM的 SMS自身帶有傳輸數(shù)據(jù)的功能， 都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。由于采用了專用控制信道 （DCCH）技術(shù)，使得短消息傳送業(yè)務(wù)可以確保被叫方能收 到。因此，短消息業(yè)務(wù)作為 GSM網(wǎng)絡(luò)的一種主要的電信業(yè)務(wù)，信息傳遞是實(shí)時(shí)可靠的。 每條短消息的信息容量達(dá)到 140個(gè)八位組 （7 比特編碼， 160個(gè)字符）不超過(guò) 140個(gè)字節(jié)， 足以使單個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的信息量得到滿足。 綜上所述，系統(tǒng)通過(guò) GSM的短消息業(yè)務(wù)的使用， 來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控來(lái)控制被控對(duì)象。第二節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀一、遠(yuǎn)程監(jiān)控的發(fā)展通信技術(shù)與設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控模式的發(fā)展，二者之間是密不可分，

20、伴隨著通信技術(shù)的 發(fā)展，三種遠(yuǎn)程監(jiān)控得到了發(fā)展。從上個(gè)世紀(jì) 90 年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們的生產(chǎn)行為、生活方式 都發(fā)生了重大的變化，作為生活生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)即監(jiān)控技術(shù)的重要性正在逐 漸被人們所熟悉和重視。監(jiān)控系統(tǒng)的演變，是一個(gè)從集中監(jiān)控向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的發(fā)展歷史。 早期的監(jiān)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并通過(guò)操縱盤來(lái) 進(jìn)行集中式操縱。而計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行 機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象（生產(chǎn)過(guò)程）共同構(gòu)成的整體。在該系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了生 產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、監(jiān)視和控制功能。在現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)和治理中，大量的物理量、環(huán)境參 數(shù)、工

21、藝數(shù)據(jù)、特性參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)視治理和自動(dòng)控制。由于產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 控制要求的高環(huán)境適應(yīng)性、高實(shí)時(shí)性、和高可靠性等特點(diǎn)，自動(dòng)控制與檢測(cè)技術(shù)一直沿 著自己的道路發(fā)展，測(cè)控領(lǐng)域所使用的通訊技術(shù)都自成體系，很多通訊協(xié)議不開放，而 且大多數(shù)系統(tǒng)都是面向單臺(tái)，或單一類型的設(shè)備。隨著生產(chǎn)力的進(jìn)步，設(shè)備的分布越來(lái) 越離散單一的，各自獨(dú)立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已不能適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化的需求，于是便產(chǎn)生了分布式系 統(tǒng)。這種系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，使系統(tǒng)資源分配趨于公道。但是由于目前運(yùn)行的盡 大多數(shù)分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還只是在局域網(wǎng)上，通常的測(cè)控僅局限于同一地點(diǎn)，所以具有一新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2定的地域局限性。 Int

22、ernet 能實(shí)現(xiàn)資源的共享， 從而使人們有能力解決以前在極有限的 資源下很難解決的題目，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件。遠(yuǎn)程監(jiān)控是本地計(jì) 算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如 Internet/Intranet ，對(duì)遠(yuǎn)端進(jìn)行監(jiān)視和控制，完成對(duì)分散控制網(wǎng) 絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備的診斷維護(hù)等功能我們通常把能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的通訊媒體、計(jì)算 機(jī)軟件、硬件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布廣泛或數(shù)據(jù)不易采集的場(chǎng)合，要 能夠及時(shí)地監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行有效控制，這就是遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)上的 需求。（ 一 ） 早期遠(yuǎn)程監(jiān)控模式如圖 1.1 所示，遠(yuǎn)程監(jiān)控人員不能夠直觀的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)設(shè)備狀況進(jìn)行了解是這種 模式的最

23、大的缺點(diǎn)，僅僅依靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員的記錄對(duì)其進(jìn)行分析推理，那么現(xiàn)場(chǎng)操作人 員的主觀判斷和知識(shí)水平對(duì)做出的結(jié)論有很重大的影響，可靠性不高；另外，這種模式 在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在線監(jiān)控方面無(wú)能為力。圖 1-1 早起遠(yuǎn)程監(jiān)控模式（ 二 ） 近代遠(yuǎn)程監(jiān)控模式如圖 1.2 所示，跟前一種模式相比，這種模式進(jìn)步很大。由于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)與設(shè)備的情 況能夠比較直觀地被遠(yuǎn)程監(jiān)控人員所了解，所作出的判斷可靠性提高很大；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和 在線監(jiān)控也較容易。然而，由于經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸后，模擬信號(hào)會(huì)產(chǎn)生很大的失真，最終 嚴(yán)重影響了監(jiān)控的準(zhǔn)確性。因此，該遠(yuǎn)程監(jiān)控模式的有效的監(jiān)控距離有空間上的限制。圖 1-2 近代遠(yuǎn)程監(jiān)控模式（ 三 ） 現(xiàn)代遠(yuǎn)程監(jiān)

24、控模式如圖 1.3 所示，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展，這種模式已經(jīng)成為了當(dāng)下最主要的 遠(yuǎn)程監(jiān)控模式?，F(xiàn)場(chǎng)的采樣儀器可以將不同傳感器的來(lái)的模擬量的設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2信號(hào)量后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)控人員是該模式較為突出的特征。遠(yuǎn)程監(jiān)控人員 通過(guò)使用計(jì)算機(jī)和 DSP（數(shù)字信號(hào)處理 ） 技術(shù)分析處理收到的數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)設(shè)備的狀 態(tài)進(jìn)行總結(jié)，最后將做出的控制結(jié)論給現(xiàn)場(chǎng)操作人員或設(shè)備進(jìn)行反饋。由于經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程傳 輸后，數(shù)字信號(hào)的失真度低，時(shí)間和空間的影響較小，因此控制結(jié)論可靠性高，真正意 義上的實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)。圖 1-3 現(xiàn)代遠(yuǎn)程監(jiān)控模式 二、遠(yuǎn)程監(jiān)控的國(guó)

25、內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀遠(yuǎn)程監(jiān)控的內(nèi)容是：本地的計(jì)算機(jī)通過(guò)通信技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)端的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。當(dāng) 下，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、計(jì)算機(jī)、教育、金融等行業(yè)里得到了廣泛的 應(yīng)用。能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。按照監(jiān)控的對(duì)象來(lái)分，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)基本上可以被分為兩類：計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控技 術(shù)和設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。其中，設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)所監(jiān)控的對(duì)象是在不同地域分布 的生產(chǎn)控制設(shè)備， 所研究的內(nèi)容為監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)， 設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的是研究的較早， 也較為成熟的技術(shù)，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是當(dāng)下 國(guó)內(nèi)外都展開深刻研究的前沿課題。1997 年一月，斯坦福大學(xué)和麻

26、省理工學(xué)院聯(lián)合主辦了首屆基于因特網(wǎng)的工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān) 控的研討會(huì)。此次會(huì)議主要討論了有關(guān)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開放式體系、傳輸協(xié)議及對(duì)用戶 的合法限制等，并對(duì)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展前景作了展望。此外，密歇根大學(xué)在互聯(lián)網(wǎng)上建立 了一個(gè)宣傳點(diǎn)，積極地開展了針對(duì)機(jī)械加工中遠(yuǎn)程監(jiān)控和制造系統(tǒng)的研究工作。在國(guó)內(nèi)，許多的高校也開展了針對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的研究。目前，西安交通大學(xué)、哈 爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)等知名高校都在向國(guó)外先進(jìn)水平看齊，已 經(jīng)著手或準(zhǔn)備從事工業(yè)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控的研究工作；華中理工大學(xué)也在 1997 年初開始 了前期研究工作，并于同年 11 月在互聯(lián)網(wǎng)上設(shè)立了一個(gè)遠(yuǎn)程控制宣傳點(diǎn)，并以同年 11 月在

27、因特網(wǎng)上設(shè)立了一個(gè)遠(yuǎn)程診斷宣傳站點(diǎn)，向國(guó)內(nèi)介紹遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，并通過(guò)技術(shù)示 范的方式向用戶提供有限的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)。與此同時(shí)BENTLY、ENTEK、 SOLTRAN等大公司也紛紛向中國(guó)市場(chǎng)推出他們最新的網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，這對(duì)于提高我國(guó)的遠(yuǎn) 程監(jiān)控設(shè)備的水平，增進(jìn)我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的診斷設(shè)備故障網(wǎng)絡(luò)化起到了相對(duì)積極的作用新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2計(jì)算機(jī)領(lǐng)域經(jīng)歷了一場(chǎng)新的革命，它結(jié)合了現(xiàn)代控制技術(shù)、圖形技術(shù)，其目標(biāo)是隨時(shí)隨 地為人們提供無(wú)縫的、高質(zhì)量的、易用的、廉價(jià)的信息資源，使其能真正進(jìn)進(jìn)人們的生 活。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平也從初期的模擬信息傳輸與控制飛速發(fā)展到了數(shù)字化、 網(wǎng)絡(luò)化信

28、息傳輸與控制。目前遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的主流是應(yīng)用 Internet 技術(shù)，在 TCP/IP 協(xié)議和 WW規(guī)W范的支持 下，公道組織軟件結(jié)構(gòu)，使工作職員通過(guò)訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來(lái)迅速獲取自己權(quán)限下的所有 信息并及時(shí)做出響應(yīng)將來(lái)，嵌進(jìn)式系統(tǒng)的發(fā)展會(huì)越來(lái)越迅速，越來(lái)越成熟，這項(xiàng)新技術(shù) 早晚必將用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上，是監(jiān)控系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向之一。嵌進(jìn)式監(jiān)控系統(tǒng)可以使 信息實(shí)現(xiàn)本地化處理，改善服務(wù)器性能，可以使每一個(gè)設(shè)備具備上網(wǎng)與服務(wù)功能，即每 一個(gè)設(shè)備都可以獨(dú)立進(jìn)行服務(wù)，從而大大進(jìn)步監(jiān)控的質(zhì)量和范圍。網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用還滲透到了傳感器領(lǐng)域，將網(wǎng)絡(luò)接口芯片與智能 傳感器集成起來(lái)， 并把通訊協(xié)議固化到智能傳感

29、器的 ROM中，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)傳感器的產(chǎn)生。 網(wǎng)絡(luò)傳感器繼續(xù)了智能傳感器的全部功能，并且能夠和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，因而在現(xiàn) 場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用成為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)數(shù)字化傳感器。國(guó)外有不少儀器公司己 研制出了各種各樣的網(wǎng)絡(luò)化傳感器。國(guó)內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)傳感器方面的研究尚處于原理研究階 段，還沒有成型的網(wǎng)絡(luò)化傳感器出現(xiàn)。監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展始終與最新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，使用者不斷對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控的簡(jiǎn)便性 及實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。因此必須要更好地、更及時(shí)地應(yīng)用最新技術(shù)，這樣才能使 得遠(yuǎn)程監(jiān)控不斷地發(fā)展，不斷地滿足人們的需求。第三節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用廣泛， 遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多領(lǐng)域， 典型應(yīng)用概括為以下幾

30、個(gè)方面。煤氣，天然氣，石油，電力等能源系統(tǒng)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控：發(fā)電機(jī)組， 變電站，供電所的遠(yuǎn)程監(jiān)控；煤氣、天然氣管線壓力；溫度、流量等遠(yuǎn)程監(jiān)控；石油開 采中油井各種參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控等。車輛狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控：如車輛位置 / 時(shí)間，運(yùn)動(dòng)方向 / 速度監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程控制車輛中 的設(shè)備，車輛丟失的查找和監(jiān)測(cè)等。自動(dòng)化工廠，生產(chǎn)過(guò)程，機(jī)器和設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控；在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，一般由 可編程邏輯控制器控制，可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；關(guān)鍵的機(jī)器和設(shè)備關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和 生產(chǎn)線的安全，對(duì)此類設(shè)備工作參數(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，超限報(bào)警。對(duì)人體有害的環(huán)境下的遠(yuǎn)程監(jiān)控：化工廠周圍的空氣質(zhì)量的遠(yuǎn)程監(jiān)控，噪聲嚴(yán) 重區(qū)域的噪聲遠(yuǎn)程監(jiān)控和噪聲

31、抑制；地震測(cè)試點(diǎn)的資料上傳，氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)的資料上傳。新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2通風(fēng)設(shè)備，制冷設(shè)備等的遠(yuǎn)程監(jiān)控：冷庫(kù) / 倉(cāng)庫(kù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，礦井通風(fēng)設(shè)備，探 礦設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。水庫(kù)大壩、水閘、供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控：河流、湖泊、海潮的水位變化，水流 量狀態(tài)等關(guān)系到災(zāi)害的發(fā)生和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，水質(zhì)變化對(duì)供水系統(tǒng)和人們的生活影 響很大，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控這些狀態(tài)數(shù)據(jù)意義重大。各種信息查詢系統(tǒng)：交通信息、天氣預(yù)報(bào)、銀行系統(tǒng)等很多領(lǐng)域的信息查詢。目前遠(yuǎn)程監(jiān)控主要有以下幾種方式： 短距離長(zhǎng)線監(jiān)控；通過(guò)市話網(wǎng)；通過(guò) Internet 網(wǎng)絡(luò)；通過(guò)自組網(wǎng)絡(luò) (CDPD網(wǎng)) ；通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)方式。第四節(jié) 本課題

32、研究的內(nèi)容及意義將手機(jī)短信息與 PLC的控制進(jìn)行結(jié)合是本課題的主要研究方向，它實(shí)現(xiàn)了基于PLC的手機(jī)短信息的遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)查詢以及 PLC向手機(jī)發(fā)送短信息、報(bào)告的發(fā)送等功能， 構(gòu)建了一套遠(yuǎn)程的交互系統(tǒng)，在家庭環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)現(xiàn)智能化家居方面，根據(jù)具體的情況可以很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)功能的擴(kuò)展，因此具有較高的實(shí)用價(jià)值。隨著社會(huì)的信息化程度的不斷發(fā)展，信息家電已經(jīng)被越來(lái)越多地應(yīng)用于人們的生活 中，智能化家居的概念也隨之提出。智能家居系統(tǒng)是一個(gè)把互聯(lián)網(wǎng)、信息家電、家居自 動(dòng)化和家庭安全防護(hù)防盜等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合到一起的高新技術(shù)，是智能化、人本化的集 成型開放式家居系統(tǒng)。未來(lái)的家居智能化和網(wǎng)絡(luò)化是必然的發(fā)展趨

33、勢(shì)。家居智能化的一個(gè)分支就是對(duì)家庭設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)前一個(gè)熱點(diǎn)的社會(huì)問題就 是怎樣建立一個(gè)低成本、 高效率的家居智能系統(tǒng)。 人們希望能夠在家中煤氣泄漏、 起火、 小偷入侵時(shí)報(bào)警；希望在回到家前啟動(dòng)家中的空調(diào)以調(diào)整到適當(dāng)?shù)臏囟龋幌Ｍ送獬鰰r(shí) 能夠查看窗戶有沒關(guān)好。由于有了如上的考慮，此次課題研究的建立基于PLC的手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用 GSM短信息對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程控，實(shí)現(xiàn)家居的智能化就有 了很大的意義。- 6 -新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2圖 1-4 應(yīng)用設(shè)計(jì)通過(guò) GSM短信息系統(tǒng)的使用來(lái)進(jìn)行無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有節(jié)約維護(hù)費(fèi)用、 節(jié)約建設(shè)費(fèi)用、節(jié)約使用費(fèi)用、方便實(shí)施等

34、優(yōu)點(diǎn)。由于 PLC具有穩(wěn)定可靠、功能齊全、 應(yīng)用靈活方便、價(jià)格便宜、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此該監(jiān)控系統(tǒng)的各控制單元的核心 控制元件我們選用 PLC，GSM短信息模塊是 PLC與用戶手機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋?由 PLC 和 GSM短信息模塊共同構(gòu)成系統(tǒng)的中心控制模塊。整個(gè)家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由GSM短信息模塊、 PLC和各功能子模塊構(gòu)成。主控單元 PLC通過(guò) GSM短信息模塊來(lái)控制接收用戶手 機(jī)所發(fā)送的短信息，依據(jù)短信息的內(nèi)容控制各子功能模塊；同時(shí)也可以通過(guò)GSM短信息模塊對(duì)主控 PLC將家居系統(tǒng)的狀態(tài)情況以短信息形式發(fā)送給用戶手機(jī)。由上述的設(shè)計(jì)思 想構(gòu)建的在家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控中基于 PLC 的手機(jī)短信遠(yuǎn)

35、程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)如圖 1.4 所 示。此次設(shè)計(jì)主要介紹窗戶控制模塊和防盜報(bào)警模塊。第二章 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)第一節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基本原理一、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)原理模型 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)的結(jié)合的一門先進(jìn)技術(shù)。信 息技術(shù)發(fā)展使得遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得以快速發(fā)展。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制的結(jié) 合，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)是指遠(yuǎn)程獲得被監(jiān)控資源對(duì)象的數(shù)據(jù)信息，遠(yuǎn)程控制是指遠(yuǎn)程發(fā)送命令控 制現(xiàn)場(chǎng)資源對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)。一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通常由遠(yuǎn)程監(jiān)控端系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳 輸、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控端系統(tǒng)構(gòu)成，基本結(jié)構(gòu)模型如圖 2-1 所示。三個(gè)子系統(tǒng)分工合作，共同實(shí) 現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程資源的監(jiān)控。圖 2-1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)模型

36、（ 一 ） 遠(yuǎn)程監(jiān)控端系統(tǒng) 遠(yuǎn)程監(jiān)控端系統(tǒng)是用戶與被監(jiān)控資源進(jìn)行交互的遠(yuǎn)程接口。主要功能包括遠(yuǎn)程資源新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2狀態(tài)的終端顯示，控制命令及參數(shù)的輸入，對(duì)命令參數(shù)的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，以 及其他操作。（ 二 ） 遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程控制信息和狀態(tài)信息的傳輸通道，傳輸各種控制命令 數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。傳輸系統(tǒng)的作用有兩個(gè)：一方面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)將監(jiān)控端的控制 信息傳送到現(xiàn)場(chǎng)的控制主機(jī)，使現(xiàn)場(chǎng)控制主機(jī)能對(duì)資源進(jìn)行實(shí)際的控制；另一方面將現(xiàn) 場(chǎng)資源的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)奖O(jiān)控端，使操作人員通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)資源狀態(tài)的了解，決定 下一步操作。（ 三 ） 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

37、系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)資源進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 的控制數(shù)據(jù)對(duì)資源進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資源的狀態(tài)，并作必要的分析，再將這些狀態(tài)通 過(guò)傳輸通道送回到遠(yuǎn)程監(jiān)控端。二、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)性能分析 遠(yuǎn)程架空系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有：實(shí)時(shí)性、可靠性、穩(wěn)定性、安全性。只有保證了 這些性能，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)才能快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)性 能指標(biāo)的影響因素進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。（ 一 ） 實(shí)時(shí)性分析 實(shí)時(shí)性是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要的性能指標(biāo)。一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性通常采用“響應(yīng) 時(shí)間”來(lái)定量描述。 響應(yīng)時(shí)間是指某一系統(tǒng)對(duì)輸入做出響應(yīng)所需的時(shí)間。 響應(yīng)時(shí)間越短， 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性越好。在遠(yuǎn)

38、程監(jiān)控系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是命令數(shù)據(jù)、狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)（ 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù) ） ，主要是這些數(shù)據(jù)的傳輸對(duì)實(shí)時(shí)性產(chǎn)生了影響。對(duì)于命令數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，所以數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間是影響實(shí)時(shí)性的主要 因素。而對(duì)于圖像數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)量較大，還要考慮數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間對(duì)實(shí)時(shí)性的影響。（ 二 ） 可靠性分析 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性主要是指遠(yuǎn)程監(jiān)控終端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)的傳輸可靠性和現(xiàn)場(chǎng) 監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于遠(yuǎn)程架空來(lái)說(shuō)，傳輸系統(tǒng)的可靠性是最為重要的一個(gè)方面。而 傳輸系統(tǒng)的可靠性取決于傳輸?shù)慕橘|(zhì)與傳輸方式等因素。例如互聯(lián)網(wǎng)不是可靠的，可能 導(dǎo)致數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中發(fā)生丟失，導(dǎo)致遠(yuǎn)程監(jiān)控失效。這就要求

39、監(jiān)控端設(shè)置超時(shí)時(shí)間， 當(dāng)監(jiān)控端的命令發(fā)出后等待響應(yīng)的時(shí)間超過(guò)了規(guī)定的時(shí)間，就重發(fā)命令。（ 三 ） 穩(wěn)定性分析- 8 -新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2穩(wěn)定性是指現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控終端的監(jiān)控下，能夠穩(wěn)定的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)傳輸?shù)?錯(cuò)誤有可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，傳輸系統(tǒng)可能由于外界干擾等原因使得數(shù)據(jù)傳輸 錯(cuò)誤，導(dǎo)致了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的結(jié)果，從而影響系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性，所以系統(tǒng) 必須要有容錯(cuò)機(jī)制保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行。( 四 ) 安全性分析 在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各種數(shù)據(jù)都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。而網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)母鞣N數(shù)據(jù) 可能會(huì)遭到竊聽、篡改等攻擊，這就使得遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)存在安全隱患。攻擊者可能利用

40、 系統(tǒng)的安全漏洞，對(duì)遠(yuǎn)程資源進(jìn)行非法操作。所以需要使用必要的安全措施來(lái)保證數(shù)據(jù) 傳輸?shù)陌踩?。例如：?duì)數(shù)據(jù)加密傳輸，對(duì)用戶授權(quán)操作等。第二節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架一、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)特別是互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，分布于不同地理位置上的計(jì)算機(jī)都可以 通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。網(wǎng)絡(luò)上任意一點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)資源都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)訪 問。因此，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的無(wú)地域和時(shí)間限制的訪問控 制。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員和被監(jiān)控資源 對(duì)象之間建立了信息傳輸通道。管理人員對(duì)被監(jiān)控資源的訪問、控制等命令信息由監(jiān)控 端系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)

41、控系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)具體的命令信息對(duì)被監(jiān)控資源 對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)的操作；來(lái)自被監(jiān)控資源對(duì)象的相應(yīng)信息和告警信息都是由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng) 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳回給監(jiān)控端系統(tǒng)。圖 2-2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)二、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理體系結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上借鑒 SNMP協(xié)議的分布式管理體系結(jié)構(gòu)，參照 SNMP的管 理者- 代理(Manager-Agent) 結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建管理體系結(jié)構(gòu)。代理位于現(xiàn)場(chǎng)控制端，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的直接訪問控制；管理者位于遠(yuǎn)程監(jiān)控端，通過(guò) 與代理通信來(lái)間接實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的遠(yuǎn)程監(jiān)控。一個(gè)管理者可以對(duì)應(yīng)一個(gè)代理，也可以對(duì)應(yīng) 多個(gè)代理，每個(gè)代理分別對(duì)不同類型的資源對(duì)象進(jìn)行訪問控制。新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化

42、 13-2管理者作為資源的遠(yuǎn)程監(jiān)控者，負(fù)責(zé)向代理發(fā)出管理操作命令，并接受來(lái)自代理的反饋信息或告警信息。同時(shí)管理者還需要負(fù)責(zé)用戶訪問授權(quán)、日志管理等工作。代理作為資源的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控者，主要負(fù)責(zé)接收、分析管理者發(fā)送的命令，并將管理者的命令轉(zhuǎn)化 為本地指令對(duì)資源進(jìn)行讀取、修改等操作，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控資源的運(yùn)行狀態(tài)，在資源 發(fā)生異?；蚬收蠒r(shí)，向管理者發(fā)出告警信息。在管理者 - 代理的體系結(jié)構(gòu)上，將管理者和代理設(shè)計(jì)為幾個(gè)對(duì)等的功能層次，每層 實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的功能。如圖 2-3 所示，管理者和代理的網(wǎng)絡(luò)接口層實(shí)現(xiàn)二者的直接數(shù)據(jù) 通信，其余三層實(shí)現(xiàn)對(duì)等的功能。數(shù)據(jù)表示層訪問控制層數(shù)據(jù)處理層數(shù)據(jù)處理層安全處理層安全

43、處理層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層Manager Agency 圖 2-3 系統(tǒng)功能層次在管理者端，數(shù)據(jù)表示層負(fù)責(zé)從用戶獲取資源訪問命令，并將數(shù)據(jù)處理層提供的資 源信息顯示在用戶界面上；數(shù)據(jù)處理層負(fù)責(zé)命令數(shù)據(jù)包的構(gòu)建和響應(yīng)信息數(shù)據(jù)包解析、 日志記錄等數(shù)據(jù)處理過(guò)程；安全處理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的加解密，用戶認(rèn)證、訪問權(quán)限設(shè)置等 功能。網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包發(fā)送接收以及告警數(shù)據(jù)偵聽。在代理端，網(wǎng)絡(luò)接口層主要負(fù)責(zé)與管理者通信，接受命令、傳送相應(yīng)數(shù)據(jù)和告警信 息；安全處理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的加解密；數(shù)據(jù)處理層負(fù)責(zé)解析管理者的命令，將命令消息轉(zhuǎn) 化為本地指令以及相應(yīng)數(shù)據(jù)包的構(gòu)建；訪問控制層實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的訪問控制，并將相應(yīng)數(shù) 據(jù)傳遞給

44、數(shù)據(jù)處理層。第三節(jié) PLC 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成一、PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)元件采用 PLC實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與控制。 同時(shí)，PLC具有 RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口可與下位工 控機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī) IPC，與 PLC一起組成兩級(jí)式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)完成對(duì)現(xiàn) 場(chǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)視，并通過(guò)工業(yè) MODE與M 上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，能夠抗強(qiáng)電磁干擾，選用了工業(yè) MODEM來(lái)完成線路的連接。兩 個(gè) MODE采M用專線方式分別與上位機(jī)、下位機(jī)相連，而 MODE與M MODE之M 間通過(guò)已有的 微波線路連接，根據(jù)實(shí)際微波線路調(diào)整 MODE的M設(shè)置。- 10 -新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械

45、一體化 13-2在單位原有微波線路的基礎(chǔ)上，占有其中的某兩個(gè)頻率段來(lái)完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。 由于實(shí)際設(shè)備的調(diào)制和解調(diào)是分開的。每個(gè)都有兩條線，所以上位的MODEM和下位的MODEM相連時(shí)，調(diào)制和解調(diào)線要交叉。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口，將下位機(jī)與 PLC相連，根據(jù)工藝要求完成對(duì) PLC的組態(tài)，包括 60 個(gè)模擬量輸入， 30 個(gè)模擬量輸出， 30個(gè)數(shù)字量輸入和 20和數(shù)字量輸出。工業(yè) MODE完M成通信線路的建立。數(shù)據(jù)通信方式有兩種選擇：一是采用編程方式， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸；另一種是 PLC通過(guò)通信線路連接上位機(jī)，直接獲取數(shù)據(jù)。下位機(jī) 與上位機(jī)之間的通信程序如圖 2-4 和圖 2-5 所示。圖

46、2-4 下位機(jī)端的程序框圖Y結(jié)束圖 2-5 上位機(jī)端的程序框圖- 11 -新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2第三章 基于 PLC的手機(jī)短信息遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想由于 PLC具有穩(wěn)定可靠、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，因此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可以采用多種方式，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。短消息服 務(wù)業(yè)務(wù)作為 6SM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，己得到越來(lái)越多系統(tǒng)開發(fā)商的重視。基于這種業(yè) 務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃

47、發(fā)展起來(lái)，以手機(jī)為控制器，以手機(jī)短信 (SMS)的形式借助 GSM網(wǎng)絡(luò) 來(lái)搭建與 PLC的遠(yuǎn)程交互平臺(tái)顯得很有意義，具有易攜帶、實(shí)用簡(jiǎn)單方便、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面 廣、資費(fèi)低廉等突出優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用戶以手機(jī)發(fā)送短信息的形式，通過(guò)GSM模塊與PLC控制器的數(shù)據(jù)通訊，調(diào)用相應(yīng)的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)查詢 等功能，在生產(chǎn)生活中都有很大的應(yīng)用空間，如智能家居、汽車防盜、商場(chǎng)、自動(dòng)售貨 機(jī)、廠礦、水文氣象站等。第二節(jié) 本系統(tǒng)的硬件組成本系統(tǒng)的硬件組成部分主要由可編程控制器 (PLC)、GSM短信息模塊、手機(jī)及各個(gè)子 功能模塊組成。一、 PLC的選型本系統(tǒng)選用的可編程控制器 (PLC)是三菱 F

48、X2n系列微型可編程控制器，因?yàn)槿毡救?菱系列的中小型 PLC，主機(jī)及外部模塊品種齊全， 質(zhì)量可靠，功能強(qiáng)大，價(jià)格適中。 FX2n 系列是小型 FX系列 PLC中的最新品種，具有微型化和極高的速度。FX2n基本單位有 16/32/48/64/80/128 點(diǎn)，六個(gè)基本 FX2n單元中的每一個(gè)單元都可以 通過(guò)I/O 擴(kuò)展單元擴(kuò)充為 256I/O點(diǎn)。FX2n具有豐富的元件資源，有 3072點(diǎn)輔助繼電器。提供了多種特殊功能模塊，可實(shí) 現(xiàn)過(guò)程控制、位置控制。有多種 RS-232C、RS 422、RS485串行通信模塊或功能擴(kuò)展 板支持網(wǎng)絡(luò)通信。 FX2n具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，使用 32位處理浮點(diǎn)數(shù)。具

49、有方根和三角 幾何指令滿足數(shù)學(xué)功能要求很高數(shù)據(jù)處理。- 12 -新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2二、短信息模塊簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用的 GSM短信息模塊為西門子的 TC35i短信息模塊，西門子的 TC35系列模塊 性價(jià)比很高，并且已經(jīng)有國(guó)內(nèi)的無(wú)線電設(shè)備入網(wǎng)證，所以本設(shè)計(jì)選用的是西門子TC35i。TC35i是西門子為適應(yīng)各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域?qū)o(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音傳輸及可開發(fā)性的需求推出 的基于 GSM90移0 動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 OEM模塊，功能上與 TC35兼容，設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小 了用戶產(chǎn)品的體積。 TC35i與 GSM 2/2+兼容、雙頻 (GSM900/GSMl800，) RS232數(shù)據(jù)口、符 合ET

50、SI標(biāo)準(zhǔn) GSM07.07和GSM07.05且易于升級(jí)為 GPRS模塊，該模塊集射頻電路和基帶于一 體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的 AT命令接口，為數(shù)據(jù)，語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安 全的傳輸，接口協(xié)議公開，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。TC35i模塊如圖 3-1 所示，從功能上看主要由 4部分組成： GSM基帶處理器、 GSM射頻 部分、電源 A-SIC(Application Specific Integrated Circuit)、Flash 。 GSM基帶處理器是整個(gè)模塊的核心，它由一個(gè) C166CPU和一個(gè) DSP處理器內(nèi)核控制著模塊內(nèi)各種信號(hào)的 傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過(guò)程。 GSM射頻部

51、分是一個(gè)單片收發(fā)器 SMAR，T 它由一個(gè)外差式 接收器、上變頻調(diào)制環(huán)路發(fā)送器 (up-conversion modulation loop transmitter) 、一 個(gè)射頻鎖相環(huán)路和一個(gè)全集成中頻合成器 4個(gè)功能塊組成，共同完成對(duì)射頻信號(hào)的接收 和發(fā)送等處理。 GSM模塊電流變化非常大，空閑時(shí)電流小于 3.5mA，而在通話期間電流最 大可達(dá) 2.3A ，這就對(duì)供電電路提出了較高的要求。 GSM模塊電源 ASIC部分使用線性電壓 調(diào)節(jié)器把外部輸入的電源電壓 VBATT+進(jìn)行穩(wěn)壓處理后供 GSM基帶處理器和 GSM射頻部分 使用，此外它還輸出一個(gè) 2.9V/70mA的電壓供模塊外的其他電路

52、使用。 GSM射頻部分的功 率放大器對(duì)電源電壓要求不高，所以直接使用外部的輸入電壓VBATT+。Flash 用來(lái)存儲(chǔ)一些用戶配置信息、電話本和其他信息。圖 3-1 西門子的 TC35i模塊的結(jié)構(gòu)示意圖TC35i共有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè) ZIF(Zero Insertion Force)連接器引出。這 40個(gè)引腳可以劃分為 5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 / 輸出、 SIM卡、音頻接口和控制。第 1-14腳為電 源部分，其中 1.5為電源電壓輸入端 VBATT+，6-10為電源地 GND，11、12充電引腳， 13對(duì)- 13 -新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2外輸出電壓 (供外電路使用 ) ，14

53、為ACCU-TEM接P負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻； 24-29為SIM卡 引腳，分別為 CCIN，CCRS，T CCIO，CCCL，K CCVC和C CCGN；D 33-40為語(yǔ)音接口用來(lái)接電 話手柄： 15、30、31和32腳為控制部分， 15為點(diǎn)火線 IGT(Ignition) ，當(dāng)TC35i通電后必 須給IGT一個(gè)大于 100ms低電平，模塊才啟動(dòng)， 30為RTC backup，31為Power down，32為 SYNC；16-23位數(shù)據(jù)輸入 /輸出分別為 DSRO，RINGO，RXDO，TXDO，CTSO，RTSO，DTRO和 DCDO。TC35i的數(shù)據(jù)輸入 / 輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異

54、步收發(fā)器，它符合 ITU-T RS232接 口標(biāo)準(zhǔn)，它有固定的參數(shù)： 8位數(shù)據(jù)位和 1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在 300bps-115kbps 之間可選，硬件握手信號(hào)用 RTSO/CTS，O軟件流量控制用 XON/XOF，F(xiàn) CMO電S 平，支持標(biāo) 準(zhǔn)的 AT命令集。通過(guò)這一接口可以用 AT命令切換操作模式，可以使它處于語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、 短消息或傳真模式。TC35i的SYNC引腳有兩種工作模式，可用 AT命令A(yù)T SYNC進(jìn)行切換，一種是指示發(fā)射 狀態(tài)時(shí)的功率增長(zhǎng)情況，另一種是指示 TC35i的工作狀態(tài)，本模塊使用的是后一種功能 發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增長(zhǎng)情況，當(dāng) LED熄滅時(shí)，表明 TC35i處于關(guān)

55、閉或睡眠狀態(tài)；當(dāng) LED為 600ms亮/600ms熄時(shí)，表明SIM卡沒有插入或 TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄； 當(dāng)LED為75ms亮/3s 熄時(shí)，表明 TC35i已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，處于待機(jī)狀態(tài)?；鶐幚砥骷闪艘粋€(gè)與 ISO 7816-3 IC Card 標(biāo)準(zhǔn)兼容的 SIM接口。為了適合外部 的SIM接口，該接口連接到主接口 (ZIF 連接器 ) 。在GSM模塊為 SIM卡預(yù)留 5個(gè)引腳的基礎(chǔ) 上， TC35i在ZIF連接器上為 SIM卡接口預(yù)留了 6個(gè)引腳，所添加的 CCIN引腳用來(lái)檢測(cè) SIM 卡支架中是否插有 SIM卡。當(dāng)插入 SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作。三、數(shù)據(jù)傳輸模

56、塊可編程控制器 (PLC)與GSM短信息模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用串口通訊方式，可以將 PLC擴(kuò)展一個(gè)三菱 FX2n-232-BD通訊板，然后將三菱 FX2n-232-001PLC通過(guò)串口線與 GSM短 信息模塊相連。 RS-232是在任何時(shí)候都常用的接口之一。 它不僅已經(jīng)被內(nèi)置于每臺(tái) PC機(jī)， 而且已被內(nèi)置于從微控制器到主機(jī)等多種類型的電腦和與它們連接的設(shè)備。串行通信可 以分為同步及異步兩種模式。同步通信的兩端使用同步信號(hào)作為通信的依據(jù)，而異步則 使用起始位及停止位作為通信的判斷。目前，采用異步傳輸模式較為普遍，異步傳輸只 要9支引腳就足夠了。如圖 3-2- 14 -新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體

57、化 13-2圖3-2 RS-232 引腳圖RS-232引腳定義為：1 CD 載波檢測(cè)；2 RD(RXD) 接收字符(從GSM短信息模塊到 232BD 模塊)；3 SD(TXD) 發(fā)送字符(從232BD通訊板到GSM短信息模塊 )；4 ER (DTR)數(shù)據(jù)端備 妥；5 GND 接地；6 DSR 數(shù)據(jù)備妥； 7 RTS 要求發(fā)送； 8 CTS 清除已接收； 9 RI 信息 檢測(cè)。第三節(jié) 總體的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能基于PLC的手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的 家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。利用本家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以在日常生活中極大的方便人們的生 活，本家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以很方便的通過(guò)用戶

58、手中的手機(jī)，以短信息的形式對(duì)家中的 空調(diào)、窗戶、防盜報(bào)警模塊進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)家居設(shè)施的遠(yuǎn)程監(jiān)控。本家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：當(dāng)用戶需要遠(yuǎn)程控制家居設(shè)施時(shí)，只需要用 手中的手機(jī)向 GSM短信息模塊中的 SIM卡號(hào)發(fā)送短信息，由于 GSM短信息模塊與 PLC用串口 線相連，能夠進(jìn)行串口數(shù)據(jù)通訊，當(dāng) GSM短信息模塊收到短信息時(shí)， PLC利用中斷程序查 詢到 GSM短信息模塊中有新的短信息，立刻向 GSM短信息模塊發(fā)出 AT指令讀新的短信息， 接著控制各個(gè)子功能模塊，達(dá)到對(duì)家居設(shè)施的控制，實(shí)現(xiàn)用戶發(fā)送的短信息命令；當(dāng)用 戶需要了解家中家居設(shè)施的狀況時(shí)，也只需要用手中的手機(jī)向 GSM短信息模塊中的

59、 SIM卡 號(hào)發(fā)送狀態(tài)查詢短信息，當(dāng) GSM短信息模塊收到短信息時(shí)， PLC利用中斷程序查詢到 GSM 短信息模塊中有新的短信息，立刻向 GSM短信息模塊發(fā)出 AT指令讀查詢短信息，接著將 家中的家居設(shè)施的狀態(tài)以短信息格式反饋給用戶手機(jī)。根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思想建立的基于 PLC的手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控中的 應(yīng)用即家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成如圖 3-3 所示- 15 -新疆工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械一體化 13-2圖 3-3 系統(tǒng)構(gòu)成第四節(jié) PLC 主控模塊設(shè)計(jì)本智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要的硬件控制部分由三菱FX2n可編程控制器 (PLC) 和GSM短信息模塊組成。 GSM短信息模塊主要提供無(wú)線語(yǔ)

60、音和數(shù)據(jù)傳輸功能，外界傳輸?shù)拿?介為GSM網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)主要是利用它的數(shù)據(jù)傳輸功能，本系統(tǒng)和用戶間的通信就和兩個(gè) 手機(jī)用戶間通信一樣。三菱 FX2n可編程控制器 (PLC)是這部分的核心，它承擔(dān)短信息的 接收和發(fā)送、短信息解釋、命令的發(fā)送等任務(wù)。 PLC和 GSM通信模塊之間通過(guò)串口進(jìn)行通 信。 GSM通信模塊安裝了 SIM卡，這就是本系統(tǒng)的號(hào)碼。本系統(tǒng)以三菱 FX2n可編程控制器為核心，它的主要任務(wù)是完成 GSM短信無(wú)線終端數(shù) 據(jù)傳輸模塊與 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì) GSM短信無(wú)線終端數(shù)據(jù)傳輸模塊中的短信息進(jìn)行解 釋，而且要根據(jù)短信息命令控制各個(gè)子功能模塊，確保它們可靠有序的工作。GSM短信模塊