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1、基于 GSM的水电厂闸门 PLC远程监控系统摘要：利用 GSM网络的 SMS（Short Message Service）通讯模块，构建了水电厂闸门远程监控系统的现地控制层与中控层之间的无线数据通讯系统，并采用 Wavecom公司生产的 SMS通讯模块 WMOi3实现了 SMS装置与 PLC以及工作站之间的数据通讯，为闸门 PLC远程监控系统提供了一种新的通讯方式。关键词：GSM；SMS；PLC；监控系统system of hydropower plant gates based o n GSMWANG Weihong1，LI Yang2(1.Institute of Mechanical E
2、ngineering, Tianjing University,Tianjing 300072, China; 2. Department of Electrical Engineering, Xian University of Technology, Xian 710048, China)Abstract：SMS(Short Message Service) GSM communication module was used to build the wireless communication system of hydropower plant gates remote monitor
3、ing system. In the communication system, the data exchange between the PLC, workstations and SMS module is researched by WMOi3 manufactured by Wave com company. Keywords：GSM；SMS；PLC；monitoring system 1引言分层分布式控制技术已广泛应用于水电厂设备的监视和控制系统，作为水电厂的重要设备，水利枢纽各种的闸门控制已普遍采用基于 PLC的分层分布式计算机监控系统1。分层分布式闸门监控系统通常采用以太网或现
4、场总线网作为中央控制层设备与现场控制层设备的网络联结方式，采用屏蔽电缆或光纤作为系统的有线通讯介质，但当水利枢纽距离中控室较远，或者闸门分布较为分散时，基于上述两种通讯方式的闸门分布式远程监控系统将会耗 费很多的通讯网络建设和维护费用。本文开发了一种基于 GSM网络的无线通讯网络，来实现水电厂闸门远程控制通讯系统，实现了现地控制层设备与中央控制层（以下简称中控层）设备以及操作人员终端之间的无线网络连接，为水电厂闸门 PLC的远程监控提供了一种新的技术手段。 2系统结构如图 1所示，某水电厂闸门分布式控制系统由现地控制层和中控层组成。其中，现地控制层以 PLC为逻辑控制核心设备，中控层与现地控制
5、层之间采用光纤以太网，完成闸门监视和控制数据的通讯。本文在光纤以太网的基础上组建了基于 GSM网络的无线通讯网络，即在现地控制层增加了可与数台 PLC进行通讯的基于 GSM网络的 SMS通讯装置，在中控层增加了一台用于短消息收发及处理的短消息工作站以及相应的 SMS通讯装置。SMS 通讯装置、短消息工作站以及支持 GSM网络短消息服务的手机（移动电话），通过移动运营商的 GSM网络组成了该水电厂闸门控制系统的无线数据通讯链路，完成中控层、现地控制层以及运行、检修人员之间闸门监视与控制数据的通讯。 3系统特点图 1所示的基于 SMS服务的 GSM网络为水电厂闸门控制系统提供了无线通讯手段，实现了
6、闸门的无线远程监视与控制。3.1闸门的无线监视闸门监视信息由现地控制层的 PLC负责采集，PLC 中的短消息编码程序将需发送的闸门实时信息进行信息编码，然后通过 RS232通讯接口，将该信息编码传送给 SMS通讯装置，SMS 通讯装置以 GSM网络支持的 SMS服务向接收方的SMS装置发送信息编码，接受方 SMS装置将接收到的信息编码传送给短消息工作站或手机进行译码，译码后将闸门实时信息传送给操作员工作站或 在手机上显示，中控层和运行人员就可得到闸门状态的实时信息。本闸门远程监控系统的监视信息的发送分为自报式和应答式两种工作方式。自报工作方式是指现地控制层自主地发送闸门监视信息，PLC 既可以
7、通过时间触发软件，定时地向中控层或运行/检修人员手机发送闸门监视信息，又可以通过状变触发软件，在 PLC所监视的闸门信息发生状态变化时自动发送闸门监视信息。应答工作方式是指现地控制层在接收到中控层或运行/检修人员发送的请求发送闸门监视信息命令后，自动响应该请求命令，向中控层或运行/检修人员发送所需的闸门监视信息。中控层闸门监控软件通过以太网将请求命令发送给短消息工作站，在短消息工作站软件中对该命令进行信息编码，再通过短消息工作站的 RS232通讯接口将该编码传送给 SMS通讯装置，SMS 通讯装置通过 GSM网络向现地控制层 SMS通讯装置发送该命令。对于运行/检修人员，可以在任何 GSM网络
8、覆盖区域，通过手机直接向现地控制层 SMS通讯装置发送中文语言符号请求命令，如“1 号泄洪洞闸门开度”等。3.2闸门的无线控制在中央控制层可以通过操作员工作站的闸门监控软件向短消息工作站发送闸门控制命令，经短消息工作站进行信息编码后，再通过 SMS装置向相应的现地控制层 SMS装置发送控制命令短消息编码，现地控制层的 SMS装置接收到信息编码后将其传送给 PLC，该控制命令信息编码经 PLC译码软件译码后，PLC 将自动调用相应的闸门控制程序完成相应的控制操作。运行/检修人员也可以通过手机，编写相应的闸门控制命令中文短消息，通过手机直接向相应的闸门现地控制层发送控制命令，从而完成相应控制操作。
9、同时，在中央控制层的 SMS装置也必须接受到手机发送的控制命令短消息，并经过短消息工作站的译码后，向操作员工作站内的闸门监控程序传送该操作命令，以完成该闸门的操作记录。 4SMS通讯原理SMS 服务是 GSM网络提供的一种基本业务。每条 SMS服务短消息可传送 160个 7位数据或 140个 8位数据。SMS 通讯装置是一种可进行话音、短消息、数据及传真传送的双频通讯设备(EGSM900/1800 MHz 或 EGSM900/1900 MHz)。本文采用 Wavecom公司生产的 GS M通讯模块 WMOi3，该模块提供了标准 RS232接口，通过电平转换器可与 PLC、PC 进行数据通讯2。
10、WMOi3 支持 GSM AT指令集，本文通过在 PLC和短消息工作站中编制相应的 SMS软件来完成闸门的远程监视和控制数据的通讯。即利用短消息编码软件对闸门的远程监视和控制命令进行编码，通过短消息通讯软件发送和接收 GSM短信息编码，再通过译码软件将短消息编码转换成 PLC或操作员工作站中的闸门监控软件可以识别的监控命令，从而实现闸门的远程监视和控制操作。 5SMS编码发送和接收 SMS短信息有两种方式：基于 AT命令的 Text Mode（文本模式）和基于 AT命令的 PDU(protocol description unit) Mode模式。Text 模式只能发送 ASCII码信息，若要
11、发送中文必须采用 PDU模式的 16位编码方式，因此本文利用 AT指令集，采用 PDU编码来发送和接收 SMS短信息。在 PDU模式下短信息 经过编码后转换成 UNICODE码被传送。因短消息的发送形式（由终端发起或以终端为目的）不同，PDU 具有两种不同的格式，由终端发起时的 PDU格式见表 1，以终端为目的时 PDU的格式见表 2为3。其中 SMSC为短消息服务中心地址，OA/DA 为源/目的地址，PID 为协议识别，DCS为数据编码，UDL 为用户数据长度，VP 为数据有效时间，MR 为指明发出信息，SCTS 为短消息到达业务中心的时间。PDU 结构中的数据必须以 16进制格式发送且必须
12、为大写。用户数据 UD即有效载荷有 8位方式和 7位方式两种，选用何种方式由 DCS设置决定。WMOi3 采用 AT指令完成短消息的发送（AT+CMGF）、接收（AT+CMGR）、查询（AT+CPMS）和删除（AT+CMGD）等操 3 。以运行人员通过中控层操作员工作站或用手机对 1号泄洪洞闸门进行开启至全开操作为例，假设 1号泄洪洞闸门现地控制单元的 SMS装置 GSM号码为“139XXXXX999”，则运行人员向 1号泄洪洞闸门现地控制层发送的信息正文为“1号泄洪洞闸门开启至全开”，中控层短消息工作站或运行人员手机发出的命令短消息 PDU编码见表 3。即发送的 SMS的 PDU编码为：00
13、11000B916831X9XXXX99F900080118UD其中，前面两个 00为固定格式，11 为 TYPE，00 为MR，0B916831X5XXXX99F9 为 DA，00 为 PID，08 为 DCS，01 为 VP，18 表示中文信息编码长度。UD 的内容就是中文指令内容的 UNICODE码，其详细内容为：003153F76CC46D2A6D1E95F895E85F00542F81F351685F00DA 编码中 0B91为固定格式，91 表明 TON/NPI遵守 International/E.164标准，指在号码前需加“+”号。6831X9XXXX99F9：表示短消息接受端服
14、务（SMSC）号码编码，编码方式为：每二位取反，奇数位补 F4，5 。18：表示短消息长度共 24个字节。003153F76CC46D2A6D1E95F895E85F00542F81F351685F00 表示待发送中文字符的 UNICODE 码。其中，字符原码与其 UNICODE码对应关系如下： 0031-153F7-号6CC4-泄6D2A-洪6D1E-洞95F8-闸95E8-门5F00-开542F-启81F3-至5168-全5F00-开 6结束语基于 GSM网络 SMS服务的无线通讯技术，为水电厂闸门远程监控系统提供了一种新的通讯组网方式。在枢纽闸门距离中控室较远，或者闸门分布较为分散的情况
15、下，基于 GSM的无线通讯组网方式将会降低分布式闸门控制系统的通讯网络设备费用，并且将为水电厂闸门带来全新的无线巡视和遥控方式。 参考文献1戴上安.水利枢纽泄洪闸门控制J.计算机与数字工程.2001,29(1):1-6 2wmoi3 specificacionesEB/OLhttp:/www. wavecom. com/applica tions/index. php3wmoi3 User GuideEB/OL http:/www. wavecom. com/applications/ind ex. php 4GSM 07.05 Version 5.9.1,ETSIDB/OL. http:/www. etsi. org 5GSM 07.07 Version 5.6.1,ETSIDB/OL. http:/www. etsi. org Remote PLC monitoring
