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    （勝利油田勝機石油裝備有限公司，山東 東營 257067）楊萬成

    （西南石油大學研究生部，四川 成都 610500）楊斐然
                              
    楊萬成（1958-）男，高級工程師，1982年畢業(yè)于中央廣播電視大學電子專業(yè)，現(xiàn)任勝利油田勝機石油裝備有限公司副總工程師、三次采油裝備開發(fā)中心經(jīng)理，從事提高采收率機電一體化石油裝備的開發(fā)研制工作。

    摘要：本文系統(tǒng)介紹了采用超小型PLC為控制核心，配用西門子TC35I短信終端模塊、人機交互組態(tài)軟件、手機組成的遠程自動化監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過短信的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)在PLC之間的無線收發(fā)，介紹了設計思想、系統(tǒng)組成、實現(xiàn)的功能、實際使用測試效果等，系統(tǒng)可簡可繁、可大可小、具有很高的實用價值。

    關鍵詞：可編程序控制器（PLC）；短信；TC35I短信終端模塊；HMI組態(tài)軟件；手機

    Abstract: This thesis introduces the remote automatic monitoring system,consisting of the ultra-small PLC as its core, the Siemens TC35I SMS module,the human-computer interaction configuration software and the cell phone. The system can achieve the data wireless send-receive in PLC. Meanwhile, this paper introduces the design philosophy, the system components and functions,the test results in the actual use and etc. This system, either small or big, either simple or complex, has magnificent utility value.

    Key words: Programmable Logic Controller (PLC); Short Message Service(SMS); TC35I Terminal Module;Human-Computer Interaction ConfigurationSoftware; Cell Phone

    1 概述

    坐在辦公室或家里，用手機發(fā)一個短信，就可以知道遠在千里之外的設備運行情況、并可以對其進行遠程監(jiān)控，這已經(jīng)不是一個美好的愿望，由筆者開發(fā)的PLC遠程短信自動化監(jiān)控系統(tǒng)，使這一愿望變成了現(xiàn)實。

    針對油區(qū)許多偏遠惡劣環(huán)境下，迫切需要低成本的遠程監(jiān)視和控制重要設備的運行、了解設備的運行參數(shù)和狀態(tài)、遠程設置和修改關鍵數(shù)據(jù)的要求，筆者開發(fā)的基于松下電工超小型PLC為控制核心的短信遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)，已投入了實際使用，收到了很好的控制效果，可以用手機短信的方式及時了解遠方設備的運行情況，實現(xiàn)設備的無人值守，出現(xiàn)故障時、設備可以發(fā)回故障報警短信，使故障得以及時的被發(fā)現(xiàn)和處理，極大的提高了設備運行的可靠性，降低了運行成本，必要時還可以在監(jiān)控計算機上運行組態(tài)監(jiān)控軟件，接收多達32臺遠端設備發(fā)出的短信數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工藝流程動態(tài)顯示和數(shù)據(jù)監(jiān)控，該系統(tǒng)功能強大、運行穩(wěn)定可靠、可以廣泛的使用在重要設備的遠程監(jiān)控領域，具有很高的實用價值。

    2 系統(tǒng)組成

    控制系統(tǒng)主要由松下電工的小型PLC、西門子TC35I短信終端模塊、遠程監(jiān)控計算機、監(jiān)控手機、組態(tài)軟件等組成。本套系統(tǒng)的最大特點是系統(tǒng)可大可小，最小系統(tǒng)可由單臺小型PLC控制設備和一部值班手機組成，在普通的自動化控制系統(tǒng)上，采用帶串行通訊口的PLC作為控制器，配套使用短信終端模塊，編寫相應的控制程序就可購建一個帶短信通訊功能的單點遠程自動化控制系統(tǒng)。最大系統(tǒng)為一臺監(jiān)控計算機對應32臺遠端PLC控制設備和32部手機、也可以不用監(jiān)控計算機代之以總監(jiān)控手機，系統(tǒng)組成靈活方便。工作原理示意及組成框圖如圖1所示。

    3 各組成單元介紹

    3.1 可編程序控制器PLC及選型 

                     
                                        圖1  工作原理示意及組成框圖

    該系統(tǒng)采用松下電工帶RS232標準3線通訊口的超小型可編程序控制器PLC為控制核心，如FP0R、FPG系列等，優(yōu)點是體積小巧、功能強大、程序容量大、工作穩(wěn)定可靠、性價比高，當然也可以采用其它廠家的PLC。對于原已采用了PLC的自動化控制系統(tǒng)擴充遠程短信監(jiān)控功能時，只需要增加對應的控制程序，增加短信終端模塊即可實現(xiàn)。

    3.2 GSM或CDMA通訊及短信服務簡介

    短消息服務或稱短信服務（SMS），是一種使用移動設備發(fā)送和接收文本信息的技術。短消息業(yè)務作為通訊網(wǎng)絡的一種基本業(yè)務，隨著通訊網(wǎng)絡的發(fā)展，使用變得越來越簡單、迅速、方便、價廉，已經(jīng)成為當今人們生活中離不開的溝通方式。

    利用GSM或CDMA公用網(wǎng)絡的短信服務業(yè)務實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，具有連接簡單、費用低廉、覆蓋范圍廣、初期投資少、不用維護、安全性強、可靠性高等優(yōu)點。隨著3G等通訊技術的飛速發(fā)展，短信功能將變得更加迅速、方便、可靠，利用短信進行數(shù)據(jù)通訊控制具有獨特的優(yōu)點。

    3.3 TC35I短信終端模塊簡介

    作為無線移動通訊的一種新興技術，GSM或CDMA無線短信通訊終端模塊就是單獨的把短信功能剝離出來，獨立的成為一個收發(fā)短信進行無線通訊的技術產(chǎn)品。TC35I 無線通訊終端模塊是西門子公司生產(chǎn)的高端GSM無線通訊設備，集高質(zhì)量，高穩(wěn)定性于一體，物美價廉，可以提供365天每天24小時的全天候工作。

    3.4 PLC控制軟件的開發(fā)

    本套短信遠程自動化監(jiān)控系統(tǒng)的技術難點是開發(fā)編寫功能完善、性能可靠的PLC控制程序。用PLC控制TC35I短信終端模塊實現(xiàn)短信的自動收發(fā)，由于對短信終端模塊的控制是使用基于AT命令的PDU編碼方式，首先要了解用于中英文發(fā)送的PDU編碼方式和用于短信通訊的幾個相關的AT命令。PLC軟件的功能是實現(xiàn)與模塊的串行通訊，在通訊正常后，對模塊進行初始化設置、清除短信存儲區(qū)，判斷發(fā)來的短信是否有效、剔除無效的騷擾短信，對有效短信進行接收并及時的轉(zhuǎn)存到PLC內(nèi)的存儲區(qū)中，對收到的短信數(shù)據(jù)進行分析判斷，做出是發(fā)回運行數(shù)據(jù)還是轉(zhuǎn)存發(fā)來的數(shù)據(jù)并給出回復等操作。由于松下小型PLC內(nèi)的程序存儲區(qū)容量很大（32K），只要肯下功夫，就可以編寫出功能完善、性能穩(wěn)定可靠的控制程序。

    3.5 遠程控制端組成及原理

    使用PLC可編程序控制器作為遠端設備控制系統(tǒng)的核心，優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，控制靈活，功能強大，軟件修改增加功能簡單方便，PLC系統(tǒng)輸入輸出點從十幾到幾百點，可大可小、擴充靈活方便，PLC已經(jīng)在設備的自動控制系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。另外，PLC都帶有標準的RS232或RS485標準接口，可以和短信模塊實現(xiàn)通訊。

    PLC可以在完成原設備自動控制的基礎上，增加部分通訊控制程序，配接TC35I短信通訊終端模塊，即可擴充成為具有無線遠程監(jiān)控功能的產(chǎn)品。

             
                                         圖2  遠程測控端組成

    3.6 遠程監(jiān)控計算機及組態(tài)軟件

    監(jiān)控計算機是用于監(jiān)控遠端設備運行參數(shù)的計算機，它把接收到的數(shù)據(jù)和參數(shù)以動畫流程的形式顯示出來、形象逼真，在一些要求高的場合可以使用工業(yè)控制計算機，一般的辦公計算機也可使用。

    組態(tài)軟件是軟件開發(fā)商為方便工業(yè)控制用戶開發(fā)控制軟件而推出的軟件包，用戶使用組態(tài)軟件包進行二次開發(fā)，可以較為容易的構建自己的監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示界面，可以大大降低開發(fā)難度、加快開發(fā)速度，目前市面上銷售和使用的國產(chǎn)組態(tài)軟件有十幾家，其中北京亞控科技有限公司的組態(tài)王系列、北京三維力控科技有限公司的三維力控系列較為普及，這些組態(tài)軟件都配有驅(qū)動程序支持與各種PLC進行通訊。

    采用PLC收發(fā)數(shù)據(jù)并與監(jiān)控計算機運行組態(tài)軟件構成監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢是可以定義組態(tài)軟件的內(nèi)部變量直接與PLC的內(nèi)部繼電器和寄存器對接，使用靈活方便，不需要對組態(tài)軟件做任何修改可以直接使用，不需要對組態(tài)軟件的開發(fā)商提出任何額外的技術要求。

    比較簡單的控制系統(tǒng)也可不用監(jiān)控計算機，代之以主監(jiān)控手機，該手機經(jīng)過軟件設置，可以隨時監(jiān)控和查詢1~32臺所有遠端設備的運行參數(shù)。

    3.7 控制系統(tǒng)功能介紹

    本套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方式和具備的控制功能基本涵蓋了工業(yè)控制現(xiàn)場可能的實際應用需求，具體敘述如下：

    （1） 監(jiān)控手機可以在任何時候，發(fā)送預先設定的代碼查詢對應控制設備的運行情況，遠端控制設備收到信號后，在通訊信道通暢的情況下，會在20秒內(nèi)將預先定義的漢字和數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)到監(jiān)控手機上，等同與手機之間發(fā)送短信。可以把1～32臺遠端設備中的任意部監(jiān)控手機設置為同一部手機，則該部手機就可以同時監(jiān)控這些設備的運行狀況。手機除了能接收運行數(shù)據(jù)外，其余功能不受任何影響。

    （2）遠端控制系統(tǒng)可以預先設定為以下幾種發(fā)信方式或組合應用：

    定時發(fā)送：在×時×分×秒定時發(fā)送運行數(shù)據(jù)。

    間隔發(fā)送：每間隔×時×分×秒時間周期發(fā)送運行數(shù)據(jù)。

    觸發(fā)發(fā)送：在PLC內(nèi)部定義的某一內(nèi)部繼電器被置位時，立即發(fā)出運行數(shù)據(jù)。

    故障發(fā)送：在設備出現(xiàn)運行故障時，立即發(fā)出報警信息。

    （3）可以通過手機在任何時候?qū)LC內(nèi)預先定義的數(shù)據(jù)區(qū)進行遠程置數(shù)，遠端控制設備正確的收到數(shù)據(jù)后，會在20秒內(nèi)回復手機數(shù)據(jù)已經(jīng)正確接收，否則，發(fā)回出錯信息、要求重發(fā)。這樣就實現(xiàn)了工業(yè)控制現(xiàn)場非常有用的遠程修改數(shù)據(jù)的功能，遠程遙控遙測的功能即可實現(xiàn)。
   
    （4）遠程監(jiān)控設備可設置配用人機界面（觸摸屏），隨時由用戶自己設置修改監(jiān)控手機的號碼、更換不同的值班人員的手機，使系統(tǒng)使用更加靈活方便。

    （5）在遠程監(jiān)控計算機上，運行監(jiān)控軟件，可以接收1～32臺遠端控制設備發(fā)來的短信數(shù)據(jù)，也可由上位監(jiān)控計算機隨時主動發(fā)出單詢或輪詢信號，通知遠端設備中的任意一臺PLC或全部PLC將數(shù)據(jù)發(fā)回計算機上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動畫流程顯示功能。

    4 實際應用及控制實例

    本監(jiān)控系統(tǒng)組成配置靈活、新穎實用、功能豐富，可以廣泛使用在偏遠井站、山區(qū)、黃土丘陵、灘海等交通不便環(huán)境惡劣下的遠程設備的自動監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守，可以大大降低人工費用。與數(shù)傳電臺等構成的無線專網(wǎng)相比，具有設備投入低、維護費用少、不用申請無線頻段，通訊距離遠、使用簡單方便的突出優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。

    目前該控制系統(tǒng)已配套在某設備的遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，通過遠程監(jiān)控功能，任何時候發(fā)出一個監(jiān)控短信，設備的溫度、壓力、流量、電流等運行參數(shù)就顯示在手機上，使用戶能夠及時掌握設備的運行情況，一旦出現(xiàn)特殊情況，設備發(fā)出報警短信、可以立即進行處理，收到了非常好的效果，經(jīng)過一年多的試用和測試，無論是在同一城市、還是在國內(nèi)任何地方漫游，只要手機信號良好，一般都能在20秒內(nèi)穩(wěn)定可靠的收到發(fā)回的數(shù)據(jù)信號，即使是在大年三十的晚上，祝福短信撲天蓋地的情況下，個別數(shù)據(jù)的最大收發(fā)延時也只有二十幾秒鐘，這都得益于當今通訊網(wǎng)絡軟硬件技術的進步，短信遠程監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性是非常令人滿意的，本系統(tǒng)受到了現(xiàn)場操作和設備維護使用人員的普遍歡迎。

    本監(jiān)控系統(tǒng)在油田當前在用的許多設備上可以實際應用，相信都會取得較好的使用效果。如可以配套安裝在油田螺桿泵抽油系統(tǒng)的遠程控制系統(tǒng)上，對螺桿泵的電氣及變頻調(diào)速系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，可以及時發(fā)現(xiàn)并排除可能出現(xiàn)的故障，進一步提高螺桿泵采油系統(tǒng)的可靠性；安裝在海上平臺控制設備上，可以對設備進行遠程監(jiān)控及故障診斷；使用在儲油罐自動回收天然氣裝置的電氣自動化系統(tǒng)上，可以對壓縮機的潤滑和水冷卻系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守。

    本控制系統(tǒng)實際上是一個通用的控制系統(tǒng)，在有手機信號的地區(qū)，可以配套安裝到任何需要遠程監(jiān)控數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，使用領域非常廣泛。

     摘自《自動化博覽》2010年第十二期