基于GPRS和组态王的远程无线通信系统设计

陶玉贵 陈万顺 王勇

摘要：为实现对设备资源远程集中控制和实时监测，本文提出基于GPRS和组态王的远程无线通信系统设计方案。PLC采集终端设备状态数据，通过GPRS网络将数据传输到监控主机，利用组态王软件构成可视化的监控界面，从而实现对终端设备实时监控。实践证明，该系统运行稳定、数据采集实时性强，具有较高的应用前景和市场价值。

关键词：无线通信系统;GPRS;组态王;PLC

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）07-0031-03

随着信息技术的快速发展，对资源的统筹协调利用和控制调度显得非常重要，为实现数据资源的统筹分配、集中调度和实时采集管理，研究开发各领域的远程通信系统成为重要的技术工作。以前离设备较远的主控室是通过数传电台、搭建信号发射塔和架设专线的形式对各设备资源进行集中控制和管理，实现信号和数据的传送，但其造价成本高，施工和维护难度大，且对防雷击要求高。而数传电台一般不支持主动报警等操作，只能支持点对点的通信模式，所以必须等到主站轮询到相应终端时，才能上传报警等数据。如果一个主站对应的监控终端较多时，轮询一遍则需要花费较长的时间，就不能对终端进行实时监控。

因此，设计一种用于数据采集的无线通信系统，帮助工作人员能够在远离设备的监控中心对各设备资源地进行集中控制和管理，提高工作效率显得非常必要。

1 无线通信系统总体设计

本设计无线通信系统是基于移动服务网络的通用分组无线业务（GPRS），GPRS技术提供端到端、广域无线IP连接。而数据传输单元DTU（Data Transfer unit）是专门实现串口数据与IP数据相互转换的终端设备，通过无线通信网络进行传输，实现现场设备和监控中心的远程数据通信，能可以很好地解决数据转换问题。

远程无线通信系统总体结构如图1所示。PLC采集终端将设备的各种状态信号、数据，以及控制设备的信号，经GPRS-DTU数据转换，再通过GRPS网络将采集的数据传输到监控中心的主机，监控主机利用监控软件定义的虚拟设备将数据传送到监控软件界面中，在监控主机上实时显示状态数据并监控[1]。图2为各模块间数据传输流程图。

2 系统硬件设计

2.1 硬件配置

可编程控制器（带有RS485、RS232串口或者以太网口等）采集控制设备的各种状态信号和数据，如：遥信设备的运行、故障，遥控设备的启动/停止，遥测水位的实时数据等。将SIM卡安装在GPRS-DTU模块里面，该模块串口与可编程控制器串口相连接，基于GPRS网络，将采集设备的各种状态信号、数据，以及控制设备的信号，通过GPRS网络平台实现数据信息的无线传输，从而实现数据透明传输。DTU原理框图如图3所示。在GPRS-DTU设备中，监控主机IP地址设置为目的IP地址，并通过GPRS网络传输到监控主机，监控主机采用静态IP连接公共网络。监控软件通过定义的虚拟设备将数据传送到监控主机上，在监控软件界面中完成数据的实时显示与监控。

2.2 GPRS-DTU模块配置

GPRS-DTU模块可以通过超级终端、串口调试工具等方式给DTU进行参数配置[2]。在监控中心主机启动DSC DEMO程序，调试DTU，用于向DTU发送和接收从DTU传送来的数据，在配置现场DTU和监控中心的网络时，用这个工具来测试现场DTU与中心是否能正常通讯，然后采用组态软件与现场DTU进行通讯测试。GPRS设备有两个寄存器V_S（只读）、V_C（读写）。V_S置0表示未连接GPRS网络，置1表示连接GPRS网络;V_C置0表示虚拟设备停止工作，置1表示虚拟设备恢复工作。

正常通讯时，组态王切换到运行状态，并定义GPRS连接的终端数据采集设备变量，GPRS的两个寄存器V_S、V_C的均置1，GPRS-DTU设备连接到GPRS网络，并实时刷新终端数据采集设备的数据。当V_C的值置0，即停止虚拟设备工作，组态王与设备终止通讯。

3 软件设计

根据设备的监控要求，在可编程控制器上编写逻辑控制程序，在监控主机的本地连接上设置GPRS-DTU配置软件，对DTU进行配置，如型号、串口号、波特率、数据位、校验位、停止位、中心地址、端口和备用中心地址等。其中串口号、波特率、数据位、校验位和停止位是根据可编程控制器串口的要求来进行配置，中心地址、端口和备用中心地址是根据监控主机访问internet的外网IP，主中心地址由路由器通过运营商获取外网IP，而中心端口由路由器映射到计算机要开启的端口。

上位机由组态监控画面设计软件Kingview6.55来建立监控画面，Kingview是自动控制系统常用的监控组态软件，采用多线程、COM组件等技术，实现实时多任务。它可以充分利用Windows的图形编辑功能，构成可视化的无线通信系统监控画面，直观地显示PLC终端设备状态和显示整个通信系统状态，并生成各种报表。建立一个控制系统组态王工程的过程一般包括创建新工程、定义硬件设备并添加工程变量、制作图形画面和定义动画连接、编写命令语言、系统配置、运行和调试等[3]。

在监控主机的组态王软件上绘制好画面，关联与可编程控制器一致的变量，运行组态王软件，设备资源数据采集和控制的各种状态信号和数据即时显示在组态王软件的画面上。远程无线通信系统的软件设计流程图如图4所示[4]。

4 结语

本文给出一种基于GPRS和组态王的远程无线通信系统设计方案。GPRS网络建设比较方便，其通信链路由专业的运营商来维护，用户只在传输数据时才占用信道才被计费，计费合理，使用方便。GPRS-DTU模块可以直接与RS232、RS485或以太网口的检测设备连接，提供高达171.2kbit/s的传输速率，应用带宽大约30～40kbit/s，可以与中心数据服务器构建透明的无缝连接的数据传输通道。准确性强、可靠性高，网络接入时间短。因此系统具有体积小、性价比高、安装方便、维护成本低、运行可靠，数据采集实时性强等特点，具有较高的实際应用价值。

参考文献

[1] 陶玉贵，汪金宝.基于ARM+GPRS的远程电能质量监测系统研究与设计[J].长春师范大学学报，2016，35（2）：36-39.

[2] 杨峰，杨灏，魏江伟，等.油水井措施施工数字化监控平台的设计与实践[J].长江大学学报（自科版），2015，12（26）：84-86.

[3] 杨婷婷，刘龙龙.基于PLC和组态王的啤酒灌装生产线系统设计[J].赤峰学院学报（自然科学版），2018，24（9）：81-83.

[4] 张立新，张硕生.基于组态王通讯协议的串行通讯系统的设计[J].北京石油化工学院学报，2018，26（1）：35-38.