基于PLC嵌入GSM技术实现远程监控系统

郑晓斌

（福建船政交通职业学院，福州350007）

基于PLC嵌入GSM技术实现远程监控系统

郑晓斌

（福建船政交通职业学院，福州350007）

基于PLC嵌入GSM技术实现远程监控，将PLC控制与手机短信相结合，探讨PLC与手机的软硬件接口，以及PLC控制手机的工作原理等内容；利用PLC嵌入手机控制技术实现机器人自动抛光系统中重要参数的远程采集和实时报警功能。

PLC；GSM技术；远程监控

随着计算机技术、通信网络技术和PLC技术的飞速发展，借助GSM网络通过手机短信(SMS)数据传输形式实现PLC与用户（监控端）的远程交互平台，其具有硬件设置简单方便、网络覆盖面广、通讯资费低廉等突出优点。建立一个基于PLC的手机短信(SMS)无线传输数据监控系统，在工业自动化制造行业将会有广阔的应用前景。

1 GSM数字移动通信系统

GSM（Global System of Mobile communication全球移动通讯系统）是当前应用最为广泛的移动电话标准，它是数据通信技术和移动通信技术的结合。GSM与以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的。PLC嵌入GSM控制技术就是利用其手机短信(SMS)业务来实现的。

2 PLC嵌入GSM技术监控系统总体结构

PLC嵌入GSM技术实现远程监控系统主要的硬件控制部分由三菱FX2N-32MR可编程控制器（PLC）和西门子工业级TC35i芯片的GSM短信息模块组成，PLC通过扩展一个三菱FX2N-232-BD通讯板，实现与GSM短信息模块的串口相连，如图1所示。GSM短信息模块主要提供无线语音和数据传输功能，外界传输的媒介为GSM网络。本系统通过数据传输功能实现与用户间的通信。三菱FX2N-32MR可编程控制器 （PLC）是这部分的核心，与GSM通信模块之间通过RS232串口进行通信。它的主要任务是实现GSM短信模块与PLC之间进行数据传输，同时对GSM短信模块中的短信息进行解释，并根据短信息命令控制其他采样或者执行模块，确保它们可靠有序地工作。

图1 PLC与GSM模块的串口连接图

3 PLC实现GSM短信息收发功能

TC35i是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(SMS)和传真。PLC可以通过使用AT指令（AT命令即Attention）实现对手机许多行为的控制，包括一般命令，呼叫控制命令，数据命令，传真命令，读取手机的短信内容，删除短信内容，列出手机中还未读的短信等。本系统主要用的是短消息命令，对GSM中的短消息业务进行操作。AT指令的执行过程需要PLC与手机交互应答完成,发送完AT指令后，一般需要等待GSM模块做出响应，二者之间有严格的数据交换规定格式。本文只对PLC实现GSM短信息收发功能过程中几个关键事项进行阐述。

3.1 PLC通讯参数设置

PLC通过扩展FX2N－232－BD通讯板所提供的串行口与GSM短信息模块通信。由于通常GSM短信模块采用的通讯参数是波特率为9 600，无奇偶校验，8位数据位，1位停止位，因此也要将PLC通信参数D8012设置为81H。

3.2 PLC控制GSM模块发送短信

（1）首先PLC与GSM模块之间的指令符号、数据传输均采用ASCII码形式。如字符“B”的ASCII码为42H，数字“1”的ASCII码为31H等。

（2）PLC向GSM模块发送的每条指令,必须以回车符(其ASCII码为0DH)作为该条指令的结束标志。以三菱FX2N系列的PLC为例，其向GSM短信模块发送“AT+CMGF=0”指令,其实就是利用PLC的RS 通 讯 传 输 指 令 将 “41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、30H、0DH” 这一串数据通过 RS232串口发送给GSM短信模块。

（3）当GSM模块接收到一条AT指令后,并不会立即运行该指令，而是先将接收到的AT指令、一个回车符和一个换行符 （全都是ASCII码数据）回送到PLC；然后GSM短信模块才会执行该条指令，成功后会返回一个“OK”,PLC 端检测收到 50H 和 4BH（“OK”的ASCII码）时，表示GSM短信模块执行AT指令成功。

（4）向GSM模块发送短信内容时，相关的AT指令和短信内容要分次向PLC发送。先发送短信PUD编码的十进制长度“AT+CMGS=XX”指令(XX为发送短信长度的两倍加上15，如发送短信内容为“你好”，则AT+CMGS=19),GSM短信模块接收后将接收到的AT指令、一个回车符、一个换行符和字符“＞”（全都是ASCII码数据）回送到PLC。此时GSM模块等待PLC向其发送短信内容和结束符CTRL－Z键（这是关键点，其本意是要发送十六进制1AH的数据），当短信发送成功后,手机还会向PLC返回“+CMGS:XXX”“一个回车符、一个换行符和字符OK”的ASCII码。

3.3 中文短信Unicode编码的处理

TC35i模块对短消息的控制有三种模式：Block模式、PDU模式和Text模式。Text模式运行代码较为简单，可以实现数字和字符的直接收发，但不支持中文短信。目前，PDU模式已取代Block模式，其将GB2312的中文编码转换为Unicode编码，容易实现中文编解码。本监控系统设计主要传送中文信息，为了编程方便，采用PDU模式的UCS2编码来收发中文短信。

将要发送的中文短信内容的Unicode编码 （十六进制）存储在PLC的数据寄存器D中。三菱FX可编程控制器的数据寄存器全是16位的，可处理的数值范围 为－32 768～+37 268 （7FFFH）。 当Unicode编码大于7FFFH时，可以将两个寄存器组合起使用，其可处理32位（最高位为正负位）数值。为提高程序运行的可靠性，使程序的阅读与维护更加方便，要在系统进行软件设计前，从PLC的数据寄存器区内，划分出部分功能存储单元，作为命令字单元、状态字单元或数据缓存区。

3.4 PLC解码短消息内容

当GSM模块接收到短信息后，PLC采用中断和定时循环查询两种方式接收到短信息。中断方式效率高，占用PLC的运行时间和数据寄存器的空间较少，因此本系统也将采用该种方式。短信到来时，GSM短信息模块的Ring脚会有变化，可以作为中断源，具体看模块的Datasheet。值得注意的是GSM模块引脚与三菱FX2N系列的PLC输入引脚X端口的电平属性不兼容，两者之间添置一个光耦模块，起到隔离和电平转换的作用。当GSM模块提供中断信号后，直接发出PLC的RS指令向GSM模块写入命令控制字，使GSM短信模块通过串口数据线将短信数据传送给PLC。

通过PLC向GSM短信模块发读短信息指令“AT+CMGR=＜Index＞”，Index一般为 1 到 15 的整数，视SIM卡的容量而定，它表示所要阅读的短信息在SIM卡中的存储位置。本系统中，由于收到的短信息在阅读后都会被删除，因此每次收到的短信息都会被保存到第一个存储位置，在收到短信息后，用AT+CMGR=1即可阅读。此时GSM模块将向PLC返回短信内容数据包，均采用16进制格式表示。数据包包括短信中心号码、发送手机号码、时间戳和短信内容（十六进制形式的Unicode编码，两个字节为一个汉字，低位在前，高位在后）。手机号码、短信中心号码和时间戳则为半8位字节的十进制数(即压缩的BCD码)。分别进行解码，解码后的内容作为一条记录存入PLC的寄存器内。

经过大量的测试，发现真正短信内容应该从GSM模块返回给PLC短消息内容的ASCII码的第77位开始，如PLC接收短消息的存储区是从D100开始，那么真正短消息内容（也就是发送端编辑的信息）存储在D176以后的连续单元中。在系统具体应用中可以规定发送短信的格式，对于固定格式的短信可以直接赋予接收信息的存储区，该方式接收信息的存储区就可以是固定的。

图2 PLC解码短消息内容的流程图

3.5 收发短信息过程中值得注意的两个问题

GSM短信存储地址问题：短消息存在手机中都有一个不重复的地址索引，读短信和删除短信时均要根据序号索引进行操作。假如原来GSM短信模块中有10条短消息，删除了1条和2条，此时又来了一条新信息，GSM短信模块内部软件会将其存放在第1条，或者存放在第10条。为了保证PLC能正确读取相关信息，短消息被阅读后，最好马上从手机内存中清除掉。这样每次收到的短信息都会被保存到第一个存储位置，不会引起混乱。

串口传输延迟问题：在利用PLC串口发送AT指令、发送短信、接收短信或删除短信时，为了防止GSM模块因通信过于繁忙而出错，要在PLC程序中添置NOP指令，保证系统通信的成功率。

4 应用实例

目前基于PLC嵌入GSM技术已经实现对机器人自动抛光系统（如图3所示）中重要参数的远程监控和实时报警。该系统的控制核心采用三菱FX2N系列PLC扩展一个三菱FX2N-232-BD通讯板，然后将三菱FX2N-32MR的PLC通过串口线与GSM短信息模块相连，利用手机通过GSM公网实现实时查询机器人自动抛光系统各种参数,如抛光蜡余量、抛光轮直径等。当某个参数超标(抛光蜡余量不足、系统连续运行时间过长等)可即时向用户手机发出报警信号。

图3 机器人自动抛光系统工作图

5 结 语

本系统已通过调试，并在实际应用中验证了它的可行性和高可靠性。相信随着通信网络技术和PLC技术的飞速发展，基于PLC嵌入GSM技术在远程监控领域将有广阔的应用前景。

[1]聂晶.基于PLC的手机短信远程监控系统[D].乌鲁木齐：新疆大学，2007.

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[4]吴振纲,陈虎.PLC的人机接口与编程[J].微计算机信息,2005,8（1）:21-23.

[5]臧怀泉,李海生.基于GSM短消息的远程测控系统的设计与实现[J].燕山大学学报，2005，29(1):55-58.

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，Fuzhou 35007)

TP393

A

1673-1980（2011）06-0170-03

2011-07-28

福建交通职业技术学院自然科学基金项目（0190060115）

郑晓斌（1982-），男，福建福州人，硕士，研究方向为自动化控制技术、机电一体化技术。