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基于CDMA1X的遠程監控系統設計
摘要: 相信隨著CDMA無線通信的高速發展和3G牌照的發布,必將引領無線通訊的潮流,而基于CDMA無線通信的遠程監控系統,將會有更加廣泛的應用。
Abstract:
Key words :

  1引言

  在現有的工業監控系統中,常用的信息傳輸方式有:數字微波、數傳電臺、有線光纖、有線電纜等,數字微波和數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絡成本較高,不適合監控點非常分散及傳輸距離較遠的情況下使用。

  針對監控對象分散、各監控節點間缺乏有機聯系、監控信息量相對較少,實時性要求較低等特點,CDMA1X提供了一種很好的信息傳輸方式。
CDMA1X愿意是指CDMA2000的第一階段(速率高于IS-95,低于2MB/s),可支持308kb/s的數據傳輸,網絡部分引入分組交換,可支持移動IP業務,是在現有CDMAIS-95系統上發展出來的一種新的承載業務,目的是為CDMA用戶提供分組形式的數據業務。

  由于CDMA1X采用了反向相干解調,快速前向功控、發送分集、Turbo編碼等新技術,其容量比IS-95大為提高,從理論分析結果來看,如果用于傳送語音業務,CDMA1X系統的總容量是IS-95系統的2倍,如果用于傳送數據業務,CDMA1X系統的總容量是IS-95系統的3.2倍,CDMA1X理論帶寬可達300kb/s,目前的實際應用帶寬大約在100kb/s左右(雙向對稱傳輸),在此信道上提供TCP/IP連接,可以用于Internet連接、數據傳輸等應用。

  2基于CDMA1X的無線通信

  2.1組網方案

  無線數據傳輸系統一般由數據業務中心、通信網絡和數據終端組成,綜合考慮業務數據量、安全性、可靠性、網絡狀況與成本等因素,采用下述組網方式:通信服務器以公網固定IP或固定的域名接入Internet,CDMA數據終端單元(DTU)上電后,主動與通信服務器建立連接,如果通信服務器沒有固定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、通信質量穩定、安全性適中、運行可靠等特點。

  2.2無線數據傳輸原理

  根據上述組網方案,數據的上行傳輸原理如下:

(1)下位機通過RS232串口將數據傳給DTU;
(2)DTU將數據打成TCP/IP包,發送到無線網絡
(3)TCP/IP數據包經系統分組數據服務節點,傳輸至Internet上并且去尋找在Internet上的一個指定的數據服務中心(通信服務器);
(4)通信服務器將數據傳給上位機并存儲到歷史數據庫。

  數據的下行傳輸與上述過程相反,不再贅述,系統通信結構圖如圖1所示。

系統通信結構圖

  3系統設計

  3.1上位機設計

  上位機包括實時監控系統和歷史數據庫兩部分。

  實時監控系統選用Wonderware公司的InTouch系統,主要實現以下功能:系統管理功能;數據處理功能:包括數據查詢功能、數據存儲功能、數據定時上報功能;告警功能:包括實時響應功能、告警聯動處理功能、告警設置功能、告警確認功能、告警存儲功能,操作控制功能,歷史數據庫選用Wonderware公司的IndustrialSQLServer,主要實現以下功能:數據統計、報表功能、歷史數據查詢功能、歷史數據曲線圖、打印功能。

  3.2下位機設計

  下位機選用ABBAC31系列PLC,包括CPU模塊和I/O模塊,CPU接收一個或多個指定監控中心對設備的操作控制命令,通過I/O模塊對有關設備執行相應的操作控制動作,并向監控中心返回操作結果,下位機主要實現以下功能:數據采集功能,數據查詢功能,定時上報功能,操作控制功能。

  3.3CDMA數據傳輸中斷

  CDMA數據傳輸中斷選用深圳宏電技術開發有限公司的CDMAH7710DTU該終端具有如下特點:

(1)H7710DTU直接提供RS232/422/485接口,為用戶的數據設備提供透明、全雙工、對等的數據傳輸通道。
(2)普通GPRS/CDMAModem通常需要附著在PC機上虛擬撥號上網,利用PC機的資源進行數據收發和協議轉換,H7710DTU內置自動網絡連接和協議處理模塊,無需后臺計算機支持。
(3)H7710DTU可以實現點-點、點-多點、中心-多點的對等數據傳輸,傳輸時延一般小于1s。
(4)H7710DTU一開始就能自動附著到GPRS或CDMA網絡上,并與您的數據中心建立通信鏈路,隨時收發用戶數據設備的數據。
(5)H7000移動數據通信可以不依賴于運營商交換中心的數據接口設備,通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數據通信專用網絡。

 

  CDMAH7710DTU在使用前必須設定出事參數:CDMA1X網絡登陸用戶名和密碼,通信接口參數、通信服務器的固定IP地址和端口或者通信服務器的域名、DTU的在線工作方式等等。

   3.4通信服務器的設計與實現

  通訊服務器是整個系統的樞紐,主要實現不同協議之間的數據傳輸,通信服務器的設計基于OPC標準,OPC可理解為過程控制的對象連接和嵌入(OLCforProcessControl)是在微軟操作系統下開發的用于應用程序接口的一種技術,基于Client/Server模式,為了實現整個系統的通訊,在通訊服務器上需要裝3個軟件;Wonderware公司的OPClink,IOServer公司的IOServer,CDMAServer。通訊服務器的工作過程及各軟件之間的管理如圖2所示。

 

通訊服務器的工作過程及各軟件之間的管理

  下面分別講述通訊服務器上的3個通訊軟件的功能及應用。

  3.4.1OPClink

  OPClink是工作在Windows平臺下的應用軟件,主要作用是通過協議轉換來實現OPC服務器和InTouch吳志劍的數據傳輸。OPCLink可以與現地或者遠程的OPC服務器端軟件(如IOServer,RSLinx)進行連接,他將InTouch的命令轉換成OPC協議然后發送到OPC服務器端軟件,并從OPC服務器端軟件讀取數據,返回到InTouch。同樣,OPCLink也可以連接到現地或者遠程的InTouch。

  3.4.2 IOServer

  IOServer的作用是實現不同協議間的數據傳輸,IOServer支持以下14種協議:Modbus協議,AB協議、ASCII協議、Courier協議、DNP協議、GE協議、HR6000協議、IEC103協議、KingFisher協議、LoopBack協議、Melsec協議、Omron協議、TI505協議、UCA2協議。在本系統中,ABBPLC采用的是Modbus協議、因此,IOServer從CDMAServer上讀取ABBPLC的數據,并轉換成TCP/IP協議,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,需要定義所連接設備的協議;
(2)OPCExplorer:提供內部測試的平臺,也可進行數據觀察和監視。
(3)OPCGateway:允許基于不同協議的各OPC服務器之間的數據傳輸,以及IOServer和某個控制單元之間的數據傳輸。

  3.4.3 CDMAServer

  在本系統中,使用VisualC++6.0編寫CDMAServer軟件,CDMAServer作為整個系統的通訊樞紐,包括兩部分功能:與IOServer進行通訊,與DTU進行通訊。

  CDMAServer與IOServer的通訊基于SOCKET編程,采用TCP/IP協議進行傳輸,需要設置端口和IP地址,IOServer通過此端口和IP地址與CDMAServer建立通訊。

  CDMAServer和DTU之間的通訊使用開發包中動態庫wcomm_dll.dll,該文件包括和DTU通訊所需要的全部API函數,包括服務的啟動、數據發送、數據接收、關閉服務等。

  OPCServer與DTU的通信設計是基于開發工具包的用戶程序接口,即動態鏈接庫cdmagprs.dll,該庫包括了與DTU通信所需要的全部API函數,例如:start_gprs_server:該函數用于啟動底層服務,服務啟動后和DTU通訊,啟動該服務后,主窗口中要有響應消息的函數,以便和底層服務通訊。

stop_gprs_server:停止服務;
do_read_proc:讀數據。底層服務接收到DTU發送的數據后,會向啟動服務函數中指定的DSC的窗口發送消息,該窗口中的消息響應函數應立即調用讀數據函數將DBU發送過來的數據讀出;
do_send_user_data:向DTU發送數據;
da_close_one_user:關閉一個DTU終端,令其下線;
do_close_all_user:關閉所有的在線DTU終端,一般停止服務前執行該API。

  由于Windows基于消息驅動的,底層服務接收到遠端DTU的數據后,會向啟動函數的窗口發送一個消息,因此,我們可以在程序中定義一個消息響應函數來處理中心與DTU的數據傳輸,消息響應函數中,通過調用動態鏈接庫中的數據接收函數和數據發送函數來傳輸數據,當數據傳輸結束后,調用關閉服務函數來結束通訊。

  4實驗及結果分析

  實驗步驟如下:

  (1)設置DTU主要參數:

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DSCIP地址:219.229.3.24

   (2)在CDMAServer上添加用戶,如圖3所示,其中終端端口與DTU上設置一致,為5001。網關出口端口,即CDMAServer與IOServer連接端口設置為5002。

添加用戶

  (3)在IOServer上添加端口與設備,如圖4所示,在本系統中,由于IOServer和CDMAServer裝在同一臺機子上,因此IP地址設為127.0.0.1,端口號與CDMAServer提供的端口對應,即5002。

 

添加端口與設備

  經過上述步驟,已建立起IOServer和DTU之間的通訊,接下去只需要IOServer和OPCLink上配置具體的Group和Item即可,在此不再贅述。

  本系統已應用到實際項目,與有線數據采集系統相比,本系統具有以下優點:

(1)降低了通訊線路的建設成本和維護成本;
(2)提高了系統的靈活性,監控范圍不受地域限制,節點控制目標可以任意擴充。
(3)通訊線路比較穩定,不易發生通訊故障,就算出現問題,也能迅速發現和排除。

  5結論

  相信隨著CDMA無線通信的高速發展和3G牌照的發布,必將引領無線通訊的潮流,而基于CDMA無線通信的遠程監控系統,將會有更加廣泛的應用。

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