CN103995508A - 基于gprs的水产养殖远程plc监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPRS的水产养殖远程PLC监控系统，包括供电模块、底层控制模块、现场监控模块、GPRS通信模块、远程监控模块，底层控制模块分别与现场监控模块和GPRS通信模块相互通信，远程监控模块接收GPRS通信模块发送的数据并发送控制指令到GPRS通信模块，由GPRS通信模块将指令发送给底层控制模块。本发明实现了水质参数以及控制命令的无线数据传输；无线传感器网络使用比较普遍的2.4GHz全球公开免费频段，可减少无线通信对其它设备的干扰，有效降低发送功率；利用域名解析器，避免申请固定IP带来的高成本；以PLC作为现场控制器，提高系统的稳定性、可靠性；通过转速调整有效节约电能。

Description

基于GPRS的水产养殖远程PLC监控系统

技术领域

本发明涉及水环境的远程监控技术和通信领域，特别涉及一种利用GPRS无线网络进行远程服务的技术。

背景技术

水产养殖是我国农业的支柱产业之一。近年来,水产养殖的品种和产量不断增加,且养殖的规模越来越大,这为计算机监控技术在水产养殖中的应用提供了良好的条件和广阔的发展空间。未来的水产养殖以高成活率和高质量为目的,实现这些目的的前提条件是保持养殖水质的稳定性,如水温、溶解氧、PH值和浊度等水质参数都需要及时获取。但传统的养殖水质监测方法具有水质参数获取不及时、可靠性低和成本高等缺点,远远不能实现上述要求。因此,设计实现一种可靠的养殖水质监测系统对养殖业的发展具有重大意义

监控与数据采集系统(Supervision Control And Data Acquisition,简称SCADA)在工业控制领域中有很长的历史并且具有十分重要的意义。它可以对分散的、无人值守的现场数据进行定时采集,并且可以发送简单的控制命令。它将先进的计算机技术、通信技术有机结合为一体，适合于地域广阔的各种环境。建设专用的有线或无线网络是传统监控系统的实现方式,这需要高额的建设和维护费用。随着无线通信技术的迅速发展，提供给我们一种成本更低廉、速度更快捷的通信方式，通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称GPRS)。

本监控利用PLC作为控制终端，系统稳定性高，采用GPRS无线通讯的方式对水质环境进行实时监控、跟踪，不受环境以及场地等条件限制，系统操作简单、数据输出快而精确，可以实现水产养殖全过程的连续或适时监控，实时指导水产养殖业规避风险，为渔业生产带来高额利润，应用前景十分广阔，具有较强的实用价值。

发明内容

本发明针对当前水产养殖监控系统的不稳定性、有线通信的不足，提供了一种以工业可编程逻辑控制器（S7-200PLC,以下简称PLC）作为采集控制终端，以GPRS无线网络作为通信服务的系统。该系统稳定性高，可实现水产养殖全过程的连续或适时监控，实时指导水产养殖业规避风险，为渔业生产带来高额利润，应用前景十分广阔，具有较强的实用价值。

本发明通过以下技术方案予以实现：

基于GPRS的水产养殖远程PLC监控系统，其特征在于：包括供电模块、底层控制模块、现场监控模块、GPRS通信模块、远程监控模块，所述供电模块用于给底层控制模块提供电源，所述底层控制模块分别与所述现场监控模块和GPRS通信模块相互通信，所述远程监控模块接收GPRS通信模块发送的数据并发送控制指令到GPRS通信模块，由GPRS通信模块将指令发送给底层控制模块。

进一步，所述底层控制模块包括模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块、水质参数检测模块、水质环境控制模块，所述水质参数检测模块包括溶氧传感器和温度传感器，溶氧传感器和温度传感器通过信号调理电路连接至模拟量输入输出模块的输入端，所述水质环境控制模块包括增氧泵和补、排水泵，模拟量输入输出模块的输出端通过变频器连接至增氧泵，数字量输入输出模块包括数字IO单元和CPU单元，数字IO单元通过转换电路连接至补、排水泵，数字IO单元通过排线与CPU单元连接，数字量输入输出模块与模拟量输入输出模块相连。

进一步，所述GPRS通信模块包括GPRS通信单元和485转232单元，所述485转232单元与数字量输入输出模块相互通信，所述GPRS通信单元与远程监控模块相互通信，所述GPRS通信单元与485转232单元相互通信。

根据上述技术方案得到的本发明具有如下优点：

1．克服有线传感器的不足，实现水质参数以及控制命令的无线数据传输。

2．无线传感器网络使用比较普遍的2.4GHz全球公开免费频段，可减少无线通信对其它设备的干扰，同时有效降低发送功率。

3．利用域名解析器，可避免申请固定IP带来的高成本。

4．以PLC作为现场控制器，能很好的适应各种环境，提高系统的稳定性、可靠性。

5．对增氧泵采用变频器控制，通过转速调整有效节约电能。

附图说明

图1是本发明系统总体架构图；

图2是本发明系统设计原理框图；

图3是图1的架构图；

图4是PLC自由口数据收发图；

图5是VB控制流程图；

图6是水质参数监控界面图；

图7是现场监控的水质监测画面图；

图8是增氧泵、排水泵和补水泵的监控界面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明具体介绍如下：

本发明基于GPRS的水产养殖远程PLC监控系统如图1和图2所示，包括供电模块、底层控制模块、现场监控模块、GPRS通信模块、远程监控模块，所述供电模块用于给底层控制模块提供电源，所述底层控制模块分别与所述现场监控模块和GPRS通信模块相互通信，所述远程监控模块接收GPRS通信模块发送的数据并发送控制指令到GPRS通信模块，由GPRS通信模块将指令发送给底层控制模块。

其中，所述底层控制模块包括模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块、水质参数检测模块、水质环境控制模块，所述水质参数检测模块包括溶氧传感器和温度传感器，溶氧传感器和温度传感器通过信号调理电路连接至模拟量输入输出模块的输入端，所述水质环境控制模块包括增氧泵和补、排水泵，模拟量输入输出模块的输出端通过变频器连接至增氧泵，数字量输入输出模块包括数字IO单元和CPU单元，数字IO单元通过转换电路连接至补、排水泵，数字IO单元通过排线与CPU单元连接，数字量输入输出模块与模拟量输入输出模块相连。

其中，所述GPRS通信模块包括GPRS通信单元和485转232单元，所述485转232单元与数字量输入输出模块相互通信，所述GPRS通信单元与远程监控模块相互通信，所述GPRS通信单元与485转232单元相互通信。

水质参数控制模块用于控制增氧机的工作状态，排水泵、补水泵的开关。GPRS通信模块内插有SIM卡，实现无线传输。远程控制端连接到internet并设有水质参数监控软件。

底层控制模块由太阳能供电，与远程监控端通过GPRS无线通信，传感器采集的信号经过调理电路处理后送给输入输出模块，输入输出模块通过排线与CPU226进行连接，CPU226通过串口经485-232转换器连接到GPRS通信模块，由GPRS通信模块将信息发送至指定的域名、端口，作为远程控制端的PC上安装有域名解析器和水质监控软件，域名解析器由于绑定GPRS指定的域名和本机IP，水质监控软件采用SOCKET通信方式接受GPRS发送过来的信息并向GPRS发送控制命令，由GPRS通信模块将指令传送给执行机构。底层控制模块将水质参数检测模块采集上来的模拟量经由PLC模拟量输入输出模块传送给S7-200CPU226，S7-200CPU226经串口发送给GPRS通信模块，由GPRS通信模块发送到远程监控端，远程监控端通过SOCKET控件接收GPRS通信模块发过来的数据同时通过SOCKET控件发送控制指令到GPRS通信模块，由GPRS通信模块将指令发送给S7-200CPU226，通过PLC的输出模块将指令传给水质环境控制模块。现场监控模块由西门子的TD400C经由串口和S7-200CPU226相连组成。

图3是整体的架构，水质监控软件由VB编写而成，整体结构如图6，在该控制界面实时接收水塘的温度、溶氧度等环境参数并显示，同时底层控制模块将电机的实时工作状态发送给远程控制端，在主控界面上通过开关状态的改变来显示（在泵打开时相应的摁钮会显示打开），用户还可以通过点击3个command控件（3个摁钮）来向底层控制模块远程发送控制命令，控制增氧机、排水泵、给水泵的启动和关闭，灯泡点亮代表发送启动电机命令。首先上电初始化，然后从数据库中读取IP和端口号，然后连接数据库，进入各个鱼塘的控制主界面，具体的实现流程如图5所示。GPRS通信模块由AT语句对其进行设定，指定其域名、端口号、波特率、重启号码（用设定的号码拨打DTU，DTU响3下后挂断，重启连接）。GPRS与PCL之间的通信以自由口方式进行，其流图见图4。

图7是现场监控的水质监测画面，由西门子TD400C制作，由它还可以对现场的点击操作，如图8所示F1增氧泵开，F9增氧泵关，F2排水泵开，F10排水泵关，F3补水泵开，F11补水泵关。画面上会显示电机所处的状态。

用户操作次序及水质监测软件执行步骤如下：

A.申请一域名，利用域名解析器绑定远程控制端的IP，在GPRS通信模块中地址设为申请的域名，这样可以避免通常使用的网络每次登陆的不同IP引起的麻烦。

B.启动侦听，接收GPRS发来的水质参数；向GPRS模块发送无线控制命令控制水质环境控制模块对执行机构的操控；

C.显示鱼塘参数及水质环境执行机构的工作状态，进行终端数据库更新操作，保存数据信息。

D.将水质参数信息保存到TXT文档中，以当前时间命名TXT文档，避免数据被覆盖。

本实施例中，用户首先在远程控制端连接上网络，登陆域名解析器，GPRS通信模块若是第一次使用得对其进行配置，利用配置软件对GPRS的参数（域名、端口、波特率、重启号码）进行配置。打开水质监控软件，若连接上GPRS会在界面上显示GPRS的IP、端口号、ID，若没有用设定的手机拨打DTU，连接上后在该界面中实时显示该鱼塘的水质参数，其中包括温度、溶解氧等数据，用户可以控制增氧机、排水泵、给水泵的启动和关闭，在该界面用户可以实时保存当前鱼塘的数据以及测试的时间，为了读取数据的方便，用户还可以以TXT文本的方式保存数据，同时为了防止保存文件的覆盖，保存的文本文件以当前时间（精确到秒）作为文件名称。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于GPRS的水产养殖远程PLC监控系统，其特征在于：包括供电模块、底层控制模块、现场监控模块、GPRS通信模块、远程监控模块，所述供电模块用于给底层控制模块提供电源，所述底层控制模块分别与所述现场监控模块和GPRS通信模块相互通信，所述远程监控模块接收GPRS通信模块发送的数据并发送控制指令到GPRS通信模块，由GPRS通信模块将指令发送给底层控制模块。

2.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖远程PLC监控系统，其特征在于：所述底层控制模块包括模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块、水质参数检测模块、水质环境控制模块，所述水质参数检测模块包括溶氧传感器和温度传感器，溶氧传感器和温度传感器通过信号调理电路连接至模拟量输入输出模块的输入端，所述水质环境控制模块包括增氧泵和补、排水泵，模拟量输入输出模块的输出端通过变频器连接至增氧泵，数字量输入输出模块包括数字IO单元和CPU单元，数字IO单元通过转换电路连接至补、排水泵，数字IO单元通过排线与CPU单元连接，数字量输入输出模块与模拟量输入输出模块相连。

3.根据权利要求1所述的基于GPRS的水产养殖远程PLC监控系统，其特征在于：所述GPRS通信模块包括GPRS通信单元和485转232单元，所述485转232单元与数字量输入输出模块的CPU模块相互通信，所述GPRS通信单元与远程监控模块相互通信，所述GPRS通信单元与485转232单元相互通信。