基于InTouch系統(tǒng)和ABB AC31系列PLC實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1 、引言

在現(xiàn)有的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，常用的信息傳輸方式有：數(shù)字微波、數(shù)傳電臺、有線光纖、有線電纜等，數(shù)字微波和數(shù)傳電臺將受到傳輸距離及頻率許可的限制，而有線光纖和有線電纜的網(wǎng)絡(luò)成本較高，不適合監(jiān)控點非常分散及傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下使用。

針對監(jiān)控對象分散、各監(jiān)控節(jié)點間缺乏有機聯(lián)系、監(jiān)控信息量相對較少，實時性要求較低等特點，CDMA 1X提供了一種很好的信息傳輸方式。

CDMA 1X愿意是指CDMA 2000的第一階段（速率高于IS-95，低于2MB/s），可支持308kb/s的數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)部分引入分組交換，可支持移動IP業(yè)務(wù)，是在現(xiàn)有CDMA IS-95系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為CDMA用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

由于CDMA 1X采用了反向相干解調(diào)，快速前向功控、發(fā)送分集、Turbo編碼等新技術(shù)，其容量比IS-95大為提高，從理論分析結(jié)果來看，如果用于傳送語音業(yè)務(wù)，CDMA 1X系統(tǒng)的總?cè)萘渴荌S-95系統(tǒng)的2倍，如果用于傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，CDMA 1X系統(tǒng)的總?cè)萘渴荌S-95系統(tǒng)的3.2倍，CDMA 1X理論帶寬可達(dá)300kb/s，目前的實際應(yīng)用帶寬大約在100kb/s左右（雙向?qū)ΨQ傳輸），在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于Internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。

2、基于CDMA 1X的無線通信

2.1 組網(wǎng)方案

無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心、通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)終端組成，綜合考慮業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量、安全性、可靠性、網(wǎng)絡(luò)狀況與成本等因素，采用下述組網(wǎng)方式：通信服務(wù)器以公網(wǎng)固定IP或固定的域名接入Internet，CDMA數(shù)據(jù)終端單元（DTU）上電后，主動與通信服務(wù)器建立連接，如果通信服務(wù)器沒有固定IP，可以通過安裝花生殼軟件獲得固定的域名，此方案具有成本低、通信質(zhì)量穩(wěn)定、安全性適中、運行可靠等特點。

2.2 無線數(shù)據(jù)傳輸原理

根據(jù)上述組網(wǎng)方案，數(shù)據(jù)的上行傳輸原理如下：

（1）下位機通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳給DTU；

（2）DTU將數(shù)據(jù)打成TCP/IP包，發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)；

（3）TCP/IP數(shù)據(jù)包經(jīng)系統(tǒng)分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點，傳輸至Internet上并且去尋找在Internet上的一個指定的數(shù)據(jù)服務(wù)中心（通信服務(wù)器）；

（4）通信服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳給上位機并存儲到歷史數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)的下行傳輸與上述過程相反，不再贅述，系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

基于InTouch系統(tǒng)和ABB AC31系列PLC實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

3 、系統(tǒng)設(shè)計

3.1 上位機設(shè)計

上位機包括實時監(jiān)控系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)庫兩部分。

實時監(jiān)控系統(tǒng)選用Wonderware公司的InTouch系統(tǒng)，主要實現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)管理功能；數(shù)據(jù)處理功能：包括數(shù)據(jù)查詢功能、數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)定時上報功能；告警功能：包括實時響應(yīng)功能、告警聯(lián)動處理功能、告警設(shè)置功能、告警確認(rèn)功能、告警存儲功能，操作控制功能，歷史數(shù)據(jù)庫選用Wonderware公司的Industrial SQL Server，主要實現(xiàn)以下功能：數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表功能、歷史數(shù)據(jù)查詢功能、歷史數(shù)據(jù)曲線圖、打印功能。

3.2 下位機設(shè)計

下位機選用ABB AC31系列PLC，包括CPU模塊和I/O模塊，CPU接收一個或多個指定監(jiān)控中心對設(shè)備的操作控制命令，通過I/O模塊對有關(guān)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的操作控制動作，并向監(jiān)控中心返回操作結(jié)果，下位機主要實現(xiàn)以下功能：

數(shù)據(jù)采集功能，數(shù)據(jù)查詢功能，定時上報功能，操作控制功能。

3.3 CDMA數(shù)據(jù)傳輸中斷

CDMA數(shù)據(jù)傳輸中斷選用深圳宏電技術(shù)開發(fā)有限公司的CDMA H7710 DTU該終端具有如下特點：

（1）H7710 DTU直接提供RS232/422/485接口，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明、全雙工、對等的數(shù)據(jù)傳輸通道。

（2）普通GPRS/CDMA Modem通常需要附著在PC機上虛擬撥號上網(wǎng)，利用PC機的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換，H7710 DTU內(nèi)置自動網(wǎng)絡(luò)連接和協(xié)議處理模塊，無需后臺計算機支持。

（3）H7710 DTU可以實現(xiàn)點-點、點-多點、中心-多點的對等數(shù)據(jù)傳輸，傳輸時延一般小于1s。

（4）H7710 DTU一開始就能自動附著到GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)上，并與您的數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

（5）H7000移動數(shù)據(jù)通信可以不依賴于運營商交換中心的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)。

CDMA H7710 DTU在使用前必須設(shè)定出事參數(shù)：CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)登陸用戶名和密碼，通信接口參數(shù)、通信服務(wù)器的固定IP地址和端口或者通信服務(wù)器的域名、DTU的在線工作方式等等。

3.4 通信服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn)

通訊服務(wù)器是整個系統(tǒng)的樞紐，主要實現(xiàn)不同協(xié)議之間的數(shù)據(jù)傳輸，通信服務(wù)器的設(shè)計基于OPC標(biāo)準(zhǔn)，OPC可理解為過程控制的對象連接和嵌入（OLC for Process Control）是在微軟操作系統(tǒng)下開發(fā)的用于應(yīng)用程序接口的一種技術(shù)，基于Client/Server模式，為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)的通訊，在通訊服務(wù)器上需要裝3個軟件；Wonderware公司的OPClink，IOServer公司的IOServer，CDMA Server。通訊服務(wù)器的工作過程及各軟件之間的管理如圖2所示。

下面分別講述通訊服務(wù)器上的3個通訊軟件的功能及應(yīng)用。

3.4.1 OPClink

OPClink是工作在Windows平臺下的應(yīng)用軟件，主要作用是通過協(xié)議轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)OPC服務(wù)器和InTouch吳志劍的數(shù)據(jù)傳輸。OPCLink可以與現(xiàn)地或者遠(yuǎn)程的OPC服務(wù)器端軟件（如IOServer，RSLinx）進(jìn)行連接，他將InTouch的命令轉(zhuǎn)換成OPC協(xié)議然后發(fā)送到OPC服務(wù)器端軟件，并從OPC服務(wù)器端軟件讀取數(shù)據(jù)，返回到InTouch。同樣，OPCLink也可以連接到現(xiàn)地或者遠(yuǎn)程的InTouch。

3.4.2 IOServer

IOServer的作用是實現(xiàn)不同協(xié)議間的數(shù)據(jù)傳輸，IOServer支持以下14種協(xié)議：Modbus協(xié)議，AB協(xié)議、ASCII協(xié)議、Courier協(xié)議、DNP協(xié)議、GE協(xié)議、HR6000協(xié)議、IEC103協(xié)議、KingFisher協(xié)議、LoopBack協(xié)議、Melsec協(xié)議、Omron協(xié)議、TI505協(xié)議、UCA2協(xié)議。在本系統(tǒng)中，ABB PLC采用的是Modbus協(xié)議、因此，IOServer從CDMA Server上讀取ABB PLC的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議，傳送給OPCLink。

IOServer的配置主要包含以下3部分：

（1）Board（接口配置）：IOServer支持多種接口，其中最常用的是TCP/IP和串口，在配置接口的時候，需要定義所連接設(shè)備的協(xié)議；

（2）OPC Explorer：提供內(nèi)部測試的平臺，也可進(jìn)行數(shù)據(jù)觀察和監(jiān)視。

（3）OPC Gateway：允許基于不同協(xié)議的各OPC服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，以及IOServer和某個控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3.4.3 CDMA Server

在本系統(tǒng)中，使用VisualC++6.0編寫CDMA Server軟件，CDMA Server作為整個系統(tǒng)的通訊樞紐，包括兩部分功能：與IOServer進(jìn)行通訊，與DTU進(jìn)行通訊。

CDMA Server與IOServer的通訊基于SOCKET編程，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸，需要設(shè)置端口和IP地址，IOServer通過此端口和IP地址與CDMA Server建立通訊。

CDMA Server和DTU之間的通訊使用開發(fā)包中動態(tài)庫wcomm_dll.dll，該文件包括和DTU通訊所需要的全部API函數(shù)，包括服務(wù)的啟動、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、關(guān)閉服務(wù)等。

OPC Server與DTU的通信設(shè)計是基于開發(fā)工具包的用戶程序接口，即動態(tài)鏈接庫cdmagprs.dll，該庫包括了與DTU通信所需要的全部API函數(shù)，例如：

start_gprs_server：該函數(shù)用于啟動底層服務(wù)，服務(wù)啟動后和DTU通訊，啟動該服務(wù)后，主窗口中要有響應(yīng)消息的函數(shù)，以便和底層服務(wù)通訊。

stop_gprs_server：停止服務(wù)；

do_read_proc：讀數(shù)據(jù)。底層服務(wù)接收到DTU發(fā)送的數(shù)據(jù)后，會向啟動服務(wù)函數(shù)中指定的DSC的窗口發(fā)送消息，該窗口中的消息響應(yīng)函數(shù)應(yīng)立即調(diào)用讀數(shù)據(jù)函數(shù)將DBU發(fā)送過來的數(shù)據(jù)讀出；

do_send_user_data：向DTU發(fā)送數(shù)據(jù)；

da_close_one_user：關(guān)閉一個DTU終端，令其下線；

do_close_all_user：關(guān)閉所有的在線DTU終端，一般停止服務(wù)前執(zhí)行該API。

由于Windows基于消息驅(qū)動的，底層服務(wù)接收到遠(yuǎn)端DTU的數(shù)據(jù)后，會向啟動函數(shù)的窗口發(fā)送一個消息，因此，我們可以在程序中定義一個消息響應(yīng)函數(shù)來處理中心與DTU的數(shù)據(jù)傳輸，消息響應(yīng)函數(shù)中，通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫中的數(shù)據(jù)接收函數(shù)和數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)來傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，調(diào)用關(guān)閉服務(wù)函數(shù)來結(jié)束通訊。

4、實驗及結(jié)果分析

實驗步驟如下：

（1）設(shè)置DTU主要參數(shù)：

DTU身份識別碼：139********

在線報告時間間隔：40s

本地通訊端口：5001

最大傳輸包長：1000B

主DSC IP地址：219.229.3.24

（2）在CDMA Server上添加用戶，如圖3所示，其中終端端口與DTU上設(shè)置一致，為5001。網(wǎng)關(guān)出口端口，即CDMA Server與IOServer連接端口設(shè)置為5002。