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基于GMS和PLC的分布式远程监控系统的实现

一．引言

　　SMS 短消息服务业务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的

　　重视。目前，GSM、CDMA、TDMA 等移动网络都支持SMS，这使SMS成为一项非常普及的移动数据业务，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来，如资讯服务、商务娱乐、远程监控等。SMS可以实现全国漫游，同时它克服了传统专网通信系统建网周期长、投资大、维护费高、用户数量有限的缺点，如果用户使用STK加密卡，还可实现点对点的保密通信。利用GSM短信息系统进行的双向数据传送运营费用低、性能稳定，为各种远程监控提供了一个全新的的通信平台。

　　由于PLC 适合工业企业对自动化系统高可靠性的要求，长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制系统提供了先进、可靠的应用案例。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击。开放式通信网络技术的应用首当其冲，一些PLC厂商在基于现场总线、internet 及移动通信的PLC 网络互连功能的开发方面已有所突破。

　　本文设计的分布式远程无线监控系统，现场测控采用以色列UNITRONICS 公司具有SMS功能的M90型PLC，远程无线传输途径选用性能稳定的GSM 公用网络，传输模式采用成熟的SMS 短消息方式，以PLC现场站定时自动上传到监控中心的数据为主信息流，同时设有监控服务器适时呼叫指定参数和手机加密移动查询功能，从而形成集中与移动方式结合的完整的远程监控应用方案，实践证明该系统功能完备、性能可靠、规模配置灵活、。

二．系统硬件配置及工作原理

　　该系统由一个集中监控中心、多个PLC 现场监控站和GSM 网络组成。

　　2． 1GSM 传输站

　　GSM 传输站由GSM MODEM、SIM 卡、RS232连接电缆、直流电源和外接天线组成。每一个传输站可很方便的接入GSM公网。GSM MODEM 集成了使用西门子TC35的GSM 信道单元、信令转换单元、电平转换单元。在应用中，现场PLC测控站和监控服务器通过RS232接口连接到内插GSM 手机通用的SIM 卡的 GSM MODEM 来发送和接收GSM短消息，完成远程数据交换功能。DC24V 的直流电源用于现场的GSM 传输站是比较方便的，监控中心的GSM 传输站可选常用5V变压器。

　　2．2现场测控站

　　一个PLC 现场测控站由各种现场传感器和一台M90 PLC 组成，每一台PLC 分别配置一个GSM 传输站。

　　现场传感器如流量计、液位计监测到数据以0-5V 获4-20mA 的标准模拟信号形式输入PLC，现场设备状态与开关控制信号接入PLC的数字I/O 端，由PLC 就可独立的实现传统的现场控制。由于M90-PLC 自身具有很强的通信功能包括CAN 总线、基于PSTN的串口远程通信，更别具特色的是它基于串口的SMS 短信收发功能。按照监控系统的要求，M90-PLC 可以将设备工况与产量信息通过GSM传输站以短信的形式发送给监控中心，并接收监控中心或授权的手机的操作命令短消息，进行现场参数设定和设备控制。

关于PLC输出类型的选择及使用中的注意事项

6． 使用中应注意的事项

　　目前市场上经常出现继电器问题的客户现场有一个共同的特点就是：出现故障的输出点动作频率比较快，驱动的负载都是继电器、电磁阀或接触器等感性负载而且没有吸收保护电路。因此建议在PLC输出类型选择和使用时应注意以下几点：

　　（1）一定要关注负载容量。输出端口须遵守允许Zui大电流限制（如表1所示），以保证输出端口的发热限制在允许范围。继电器的使用寿命与负载容量有关，当负载容量增加时，触点寿命将大大降低（如表2所示），因此要特别关注。

　　（2）一定要关注负载性质。根据第4节的分析，感性负载在开合瞬间会产生瞬间高压，因此表面上看负载容量可能并不大，但是实际上负载容量很大，继电器的寿命将大大缩短，因此当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。尤其在工作频率比较高时务必增加保护电路。从客户的使用情况来看，增加吸收保护电路后的改善效果十分明显。

　　根据电容的特性，如果直接驱动电容负载，在导通瞬间将产生冲击浪涌电流，因此原则上输出端口不宜接入容性负载，若有必要，需保证其冲击浪涌电流小于规格（见表1）说明中的Zui大电流。

　　（3）一定要关注动作频率。当动作频率较高时，建议选择晶体管输出类型，如果同时还要驱动大电流则可以使用晶体管输出驱动中间继电器的模式。当控制步进电机/伺服系统，或者用到高速输出/PWM波，或者用于动作频率高的节点等场合，只能选用晶体管型。PLC对扩展模块与主模块的输出类型并不要求一致，因此当系统点数较多而功能各异时，可以考虑继电器输出的主模块扩展晶体管输出或晶体管输出主模块扩展继电器输出以达到配合。

关于PLC输出类型的选择及使用中的注意事项

　　（2）响应时间不同

　　继电器响应时间比较慢（约10ms-20ms），晶体管响应时间比较快，约0.2ms-0.5ms，Y0、Y1甚至可以达到10us。

　　（3）使用寿命不同

　　继电器由于是机械元件受到动作次数的寿命限制，且与负载容量有关，详见表2，从表中可以看出，随着负载容量的增加，触点寿命几乎按级数减少。晶体管是电子原件只有老化，没有使用寿命限制。

　　表2 继电器使用寿命

4．继电器与晶体管输出选型原则

　　继电器型输出驱动电流大，响应慢，有机械寿命，适用于驱动中间继电器、接触器的线圈、指示灯等动作频率不高的场合。晶体管输出驱动电流小，频率高，寿命长，适用于控制伺服控制器、固态继电器等要求频率高、寿命长的应用场合。在高频应用场合，如果同时需要驱动大负载，可以加其他设备（如中间继电器，固态继电器等）方式驱动。

5． 驱动感性负载的影响

　　图2 驱动感性负载时产生的瞬间高压

　　继电器控制接触器等感性负载的开合瞬间，由于电感具有电流具有不可突变的特点，因此根据U=L*（dI/dt），将产生一个瞬间的尖峰电压在继电器的两个触点之间，该电压幅值超过继电器的触点耐压的降额；继电器采用的电磁式继电器，触点间的耐受电压是1000V（1min），若触点间的电压长期的工作在1000V左右的话，容易造成触点金属迁移和氧化，出现接触电阻变大、接触不良和触点粘接的现象。而且动作频率越快现象越严重。瞬间高压如下图2所示，持续的时间在1ms以内，幅值为1KV以上。晶体管输出为感性负载时也同样存在这个问题，该瞬时高压可能导致晶体管的损坏。

　　因此当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。当驱动直流回路的感性负载（如继电器线圈）时，用户电路需并联续流二极管（需注意二极管极性）；若驱动交流回路的感性负载时，用户电路需并联RC浪涌吸收电路，以保护PLC的输出触点。