鄭曉斌

（福建船政交通職業(yè)學院，福州350007）

基于PLC嵌入GSM技術實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)

鄭曉斌

（福建船政交通職業(yè)學院，福州350007）

基于PLC嵌入GSM技術實現(xiàn)遠程監(jiān)控，將PLC控制與手機短信相結(jié)合，探討PLC與手機的軟硬件接口，以及PLC控制手機的工作原理等內(nèi)容；利用PLC嵌入手機控制技術實現(xiàn)機器人自動拋光系統(tǒng)中重要參數(shù)的遠程采集和實時報警功能。

PLC；GSM技術；遠程監(jiān)控

隨著計算機技術、通信網(wǎng)絡技術和PLC技術的飛速發(fā)展，借助GSM網(wǎng)絡通過手機短信(SMS)數(shù)據(jù)傳輸形式實現(xiàn)PLC與用戶（監(jiān)控端）的遠程交互平臺，其具有硬件設置簡單方便、網(wǎng)絡覆蓋面廣、通訊資費低廉等突出優(yōu)點。建立一個基于PLC的手機短信(SMS)無線傳輸數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，在工業(yè)自動化制造行業(yè)將會有廣闊的應用前景。

1 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)

GSM（Global System of Mobile communication全球移動通訊系統(tǒng)）是當前應用最為廣泛的移動電話標準，它是數(shù)據(jù)通信技術和移動通信技術的結(jié)合。GSM與以前的標準最大的不同是它的信令和語音信道都是數(shù)字式的。PLC嵌入GSM控制技術就是利用其手機短信(SMS)業(yè)務來實現(xiàn)的。

2 PLC嵌入GSM技術監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

PLC嵌入GSM技術實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要的硬件控制部分由三菱FX2N-32MR可編程控制器（PLC）和西門子工業(yè)級TC35i芯片的GSM短信息模塊組成，PLC通過擴展一個三菱FX2N-232-BD通訊板，實現(xiàn)與GSM短信息模塊的串口相連，如圖1所示。GSM短信息模塊主要提供無線語音和數(shù)據(jù)傳輸功能，外界傳輸?shù)拿浇闉镚SM網(wǎng)絡。本系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸功能實現(xiàn)與用戶間的通信。三菱FX2N-32MR可編程控制器 （PLC）是這部分的核心，與GSM通信模塊之間通過RS232串口進行通信。它的主要任務是實現(xiàn)GSM短信模塊與PLC之間進行數(shù)據(jù)傳輸，同時對GSM短信模塊中的短信息進行解釋，并根據(jù)短信息命令控制其他采樣或者執(zhí)行模塊，確保它們可靠有序地工作。

圖1 PLC與GSM模塊的串口連接圖

3 PLC實現(xiàn)GSM短信息收發(fā)功能

TC35i是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(SMS)和傳真。PLC可以通過使用AT指令（AT命令即Attention）實現(xiàn)對手機許多行為的控制，包括一般命令，呼叫控制命令，數(shù)據(jù)命令，傳真命令，讀取手機的短信內(nèi)容，刪除短信內(nèi)容，列出手機中還未讀的短信等。本系統(tǒng)主要用的是短消息命令，對GSM中的短消息業(yè)務進行操作。AT指令的執(zhí)行過程需要PLC與手機交互應答完成,發(fā)送完AT指令后，一般需要等待GSM模塊做出響應，二者之間有嚴格的數(shù)據(jù)交換規(guī)定格式。本文只對PLC實現(xiàn)GSM短信息收發(fā)功能過程中幾個關鍵事項進行闡述。

3.1 PLC通訊參數(shù)設置

PLC通過擴展FX2N－232－BD通訊板所提供的串行口與GSM短信息模塊通信。由于通常GSM短信模塊采用的通訊參數(shù)是波特率為9 600，無奇偶校驗，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，因此也要將PLC通信參數(shù)D8012設置為81H。

3.2 PLC控制GSM模塊發(fā)送短信

（1）首先PLC與GSM模塊之間的指令符號、數(shù)據(jù)傳輸均采用ASCII碼形式。如字符“B”的ASCII碼為42H，數(shù)字“1”的ASCII碼為31H等。

（2）PLC向GSM模塊發(fā)送的每條指令,必須以回車符(其ASCII碼為0DH)作為該條指令的結(jié)束標志。以三菱FX2N系列的PLC為例，其向GSM短信模塊發(fā)送“AT+CMGF=0”指令,其實就是利用PLC的RS 通 訊 傳 輸 指 令 將 “41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、30H、0DH” 這一串數(shù)據(jù)通過 RS232串口發(fā)送給GSM短信模塊。

（3）當GSM模塊接收到一條AT指令后,并不會立即運行該指令，而是先將接收到的AT指令、一個回車符和一個換行符 （全都是ASCII碼數(shù)據(jù)）回送到PLC；然后GSM短信模塊才會執(zhí)行該條指令，成功后會返回一個“OK”,PLC 端檢測收到 50H 和 4BH（“OK”的ASCII碼）時，表示GSM短信模塊執(zhí)行AT指令成功。

（4）向GSM模塊發(fā)送短信內(nèi)容時，相關的AT指令和短信內(nèi)容要分次向PLC發(fā)送。先發(fā)送短信PUD編碼的十進制長度“AT+CMGS=XX”指令(XX為發(fā)送短信長度的兩倍加上15，如發(fā)送短信內(nèi)容為“你好”，則AT+CMGS=19),GSM短信模塊接收后將接收到的AT指令、一個回車符、一個換行符和字符“＞”（全都是ASCII碼數(shù)據(jù)）回送到PLC。此時GSM模塊等待PLC向其發(fā)送短信內(nèi)容和結(jié)束符CTRL－Z鍵（這是關鍵點，其本意是要發(fā)送十六進制1AH的數(shù)據(jù)），當短信發(fā)送成功后,手機還會向PLC返回“+CMGS:XXX”“一個回車符、一個換行符和字符OK”的ASCII碼。

3.3 中文短信Unicode編碼的處理

TC35i模塊對短消息的控制有三種模式：Block模式、PDU模式和Text模式。Text模式運行代碼較為簡單，可以實現(xiàn)數(shù)字和字符的直接收發(fā)，但不支持中文短信。目前，PDU模式已取代Block模式，其將GB2312的中文編碼轉(zhuǎn)換為Unicode編碼，容易實現(xiàn)中文編解碼。本監(jiān)控系統(tǒng)設計主要傳送中文信息，為了編程方便，采用PDU模式的UCS2編碼來收發(fā)中文短信。

將要發(fā)送的中文短信內(nèi)容的Unicode編碼 （十六進制）存儲在PLC的數(shù)據(jù)寄存器D中。三菱FX可編程控制器的數(shù)據(jù)寄存器全是16位的，可處理的數(shù)值范圍 為－32 768～+37 268 （7FFFH）。 當Unicode編碼大于7FFFH時，可以將兩個寄存器組合起使用，其可處理32位（最高位為正負位）數(shù)值。為提高程序運行的可靠性，使程序的閱讀與維護更加方便，要在系統(tǒng)進行軟件設計前，從PLC的數(shù)據(jù)寄存器區(qū)內(nèi)，劃分出部分功能存儲單元，作為命令字單元、狀態(tài)字單元或數(shù)據(jù)緩存區(qū)。

3.4 PLC解碼短消息內(nèi)容

當GSM模塊接收到短信息后，PLC采用中斷和定時循環(huán)查詢兩種方式接收到短信息。中斷方式效率高，占用PLC的運行時間和數(shù)據(jù)寄存器的空間較少，因此本系統(tǒng)也將采用該種方式。短信到來時，GSM短信息模塊的Ring腳會有變化，可以作為中斷源，具體看模塊的Datasheet。值得注意的是GSM模塊引腳與三菱FX2N系列的PLC輸入引腳X端口的電平屬性不兼容，兩者之間添置一個光耦模塊，起到隔離和電平轉(zhuǎn)換的作用。當GSM模塊提供中斷信號后，直接發(fā)出PLC的RS指令向GSM模塊寫入命令控制字，使GSM短信模塊通過串口數(shù)據(jù)線將短信數(shù)據(jù)傳送給PLC。

通過PLC向GSM短信模塊發(fā)讀短信息指令“AT+CMGR=＜Index＞”，Index一般為 1 到 15 的整數(shù)，視SIM卡的容量而定，它表示所要閱讀的短信息在SIM卡中的存儲位置。本系統(tǒng)中，由于收到的短信息在閱讀后都會被刪除，因此每次收到的短信息都會被保存到第一個存儲位置，在收到短信息后，用AT+CMGR=1即可閱讀。此時GSM模塊將向PLC返回短信內(nèi)容數(shù)據(jù)包，均采用16進制格式表示。數(shù)據(jù)包包括短信中心號碼、發(fā)送手機號碼、時間戳和短信內(nèi)容（十六進制形式的Unicode編碼，兩個字節(jié)為一個漢字，低位在前，高位在后）。手機號碼、短信中心號碼和時間戳則為半8位字節(jié)的十進制數(shù)(即壓縮的BCD碼)。分別進行解碼，解碼后的內(nèi)容作為一條記錄存入PLC的寄存器內(nèi)。

經(jīng)過大量的測試，發(fā)現(xiàn)真正短信內(nèi)容應該從GSM模塊返回給PLC短消息內(nèi)容的ASCII碼的第77位開始，如PLC接收短消息的存儲區(qū)是從D100開始，那么真正短消息內(nèi)容（也就是發(fā)送端編輯的信息）存儲在D176以后的連續(xù)單元中。在系統(tǒng)具體應用中可以規(guī)定發(fā)送短信的格式，對于固定格式的短信可以直接賦予接收信息的存儲區(qū)，該方式接收信息的存儲區(qū)就可以是固定的。

圖2 PLC解碼短消息內(nèi)容的流程圖

3.5 收發(fā)短信息過程中值得注意的兩個問題

GSM短信存儲地址問題：短消息存在手機中都有一個不重復的地址索引，讀短信和刪除短信時均要根據(jù)序號索引進行操作。假如原來GSM短信模塊中有10條短消息，刪除了1條和2條，此時又來了一條新信息，GSM短信模塊內(nèi)部軟件會將其存放在第1條，或者存放在第10條。為了保證PLC能正確讀取相關信息，短消息被閱讀后，最好馬上從手機內(nèi)存中清除掉。這樣每次收到的短信息都會被保存到第一個存儲位置，不會引起混亂。

串口傳輸延遲問題：在利用PLC串口發(fā)送AT指令、發(fā)送短信、接收短信或刪除短信時，為了防止GSM模塊因通信過于繁忙而出錯，要在PLC程序中添置NOP指令，保證系統(tǒng)通信的成功率。

4 應用實例

目前基于PLC嵌入GSM技術已經(jīng)實現(xiàn)對機器人自動拋光系統(tǒng)（如圖3所示）中重要參數(shù)的遠程監(jiān)控和實時報警。該系統(tǒng)的控制核心采用三菱FX2N系列PLC擴展一個三菱FX2N-232-BD通訊板，然后將三菱FX2N-32MR的PLC通過串口線與GSM短信息模塊相連，利用手機通過GSM公網(wǎng)實現(xiàn)實時查詢機器人自動拋光系統(tǒng)各種參數(shù),如拋光蠟余量、拋光輪直徑等。當某個參數(shù)超標(拋光蠟余量不足、系統(tǒng)連續(xù)運行時間過長等)可即時向用戶手機發(fā)出報警信號。

圖3 機器人自動拋光系統(tǒng)工作圖

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)已通過調(diào)試，并在實際應用中驗證了它的可行性和高可靠性。相信隨著通信網(wǎng)絡技術和PLC技術的飛速發(fā)展，基于PLC嵌入GSM技術在遠程監(jiān)控領域?qū)⒂袕V闊的應用前景。

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Abstract：This article introduces the use of GSM technology to realize remote monitoring and control.The PLC can connect to text message of mobile phone.The paper discusses the software and hardware interface between PLC and mobile phone,and the working principle of PLC’s control of mobile phone.The use of PLC embedded mobile phone control technology can collect important parameters in remote area and make the real-time alarm.

Key words：PLC；GSM Technology；Remote Monitoring

On Application of GSM Technology to Remote Monitoring and Control System Based on PLC

ZHENG Xiao-bin
(Fujian Shipping and Communications Vocational College，F(xiàn)uzhou 35007)

TP393

A

1673-1980（2011）06-0170-03

2011-07-28

福建交通職業(yè)技術學院自然科學基金項目（0190060115）

鄭曉斌（1982-），男，福建福州人，碩士，研究方向為自動化控制技術、機電一體化技術。