1 引言

　　實(shí)施油罐區(qū)有效的監(jiān)控對(duì)提高管理水平，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的工作條件，避免事故的發(fā)生等方面具有十分重要的意義近年來(lái)，隨著罐區(qū)規(guī)模、儲(chǔ)罐數(shù)量的增加，對(duì)油罐區(qū)儲(chǔ)存、裝卸、管理提出了越來(lái)越高的要求，特別對(duì)罐區(qū)的自動(dòng)化管理水平提出了更高的要求另一方面，隨著自動(dòng)化控制理論水平、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與通信技術(shù)不斷提高，以及工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的成功應(yīng)用，自動(dòng)化儀表正向著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，使得生產(chǎn)過(guò)程的底層自動(dòng)化監(jiān)視和控制逐漸完善，形成了基于可編程控制器、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的各種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，生產(chǎn)的自動(dòng)化水平大大提高，為港口油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的建立提供了技術(shù)保障。

　　2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　移動(dòng)通訊系統(tǒng)GlobalSystemofMobilecommunication就是眾所周知的GSM,是當(dāng)前應(yīng)用為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。超過(guò)200個(gè)國(guó)家和地區(qū)超過(guò)10億人正在使用GSM電話。GSM標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)處不在使得在移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商之間簽署"漫游協(xié)定"后用戶的國(guó)際漫游變得很平常。GSM較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)的不同是他的信令和語(yǔ)音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代（2G）移動(dòng)電話系統(tǒng)。這說(shuō)明數(shù)字通訊從很早就已經(jīng)構(gòu)建到系統(tǒng)中。GSM是一個(gè)當(dāng)前由3GPP開(kāi)發(fā)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖1為基于GSM的油罐區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，它由測(cè)控單元、GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心構(gòu)成。測(cè)控單元以微處理器LPC2119為，同時(shí)采集罐區(qū)內(nèi)的多個(gè)油罐壓力和溫度信號(hào)，并分別遵循HART協(xié)議和RS485通信方式傳給罐區(qū)主控單元。LPC2119將采集的數(shù)據(jù)運(yùn)算，求得實(shí)際油罐的儲(chǔ)油量和溫度，并與已設(shè)定值比較，若超出整定范圍，啟動(dòng)閥門(mén)、喇叭報(bào)警，液晶模塊并顯示故障信息。GSM短消息收發(fā)器將采集的數(shù)據(jù)壓縮打包后，經(jīng)GSM短消息信息中心轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心的GSM短消息收發(fā)器。接收數(shù)據(jù)并處理后，建立數(shù)據(jù)文件，并顯示對(duì)應(yīng)各油罐的儲(chǔ)油量和各品種油的總量。

　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

　　數(shù)據(jù)采集（DAQ），是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)采集模塊采集液體的壓力和溫度。壓力采集用1151系列壓力變送器，直接檢測(cè)油罐內(nèi)壓力。壓力變送器輸出4~20 mA電流，選用1%的電阻轉(zhuǎn)換成電壓，通過(guò)多路開(kāi)關(guān)CD4067循環(huán)測(cè)量32路壓力，遵循HART協(xié)議傳至LPC2119.選用數(shù)字溫度傳感器18820,將溫度值通過(guò)RS485接口通信傳輸給LPC2119.該電路接口簡(jiǎn)單，溫度范圍滿足系統(tǒng)要求。

　　3.2 SIM300無(wú)線模塊

　　SIM300無(wú)線模塊選用SIMCOM公司推出的GSM/GPRS三頻模塊。該模塊具有標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，可提供語(yǔ)音傳輸、短消息和GPRS無(wú)線上網(wǎng)業(yè)務(wù)。SIM300集成完整的射頻電路、GSM的基帶處理器和強(qiáng)大的TCP/IP協(xié)議棧。其主要特點(diǎn)：?jiǎn)坞娫垂╇姡还ぷ饔谌l模式900/1 800/1 900 MHz;支持文本和PDU模式的短消息；支持多時(shí)隙GPRS功能；支持語(yǔ)音和傳真。本系統(tǒng)利用SIM300的短消息功能，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信。圖2為SIM300模塊硬件電路。

　　SIM300高電平啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后不再起作用。復(fù)位信號(hào)低電平有效，低電平脈沖寬度應(yīng)不小于100 ms.實(shí)際應(yīng)用中，將20 kΩ電阻接在電源與RESET引腳之間，用一只0.1μF電容接地，電源連接端通過(guò)開(kāi)關(guān)按鈕控制。GSM通信使用SIM卡作為身份標(biāo)志，SIM卡上的SIM_RST、SIM_I/O、SIM_CLK、SIM_CLK、SIM_VCC和GND通過(guò)SIM卡閱讀器與SIM300同名端直接相連。目前移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商所提供的SIM卡均無(wú)SIM I/O引腳，在設(shè)計(jì)電路時(shí)將該引腳接一個(gè)10 kΩ電阻與SIM_VCC相連。SIM_I/O引腳檢測(cè)卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡時(shí)，該引腳置為高電平，系統(tǒng)進(jìn)入正常狀態(tài)。SIM300的SIM卡電路加入22 Ω串聯(lián)匹配電阻，在SIM DATA引腳上加10 kΩ的上拉電阻，若進(jìn)行SIM卡檢測(cè)，在SIM_PR引腳上加100 kΩ的上拉電阻。設(shè)計(jì)SIM卡的引線不能太長(zhǎng)，因?yàn)镾IM_DATA和SIM_CLK兩引腳易受干擾。圖2中SP207用于電平轉(zhuǎn)換，SIM300通過(guò)SP207與LPC2119連接，也可與PC機(jī)相連。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)還包括閥門(mén)驅(qū)動(dòng)、報(bào)警、液晶按鍵、JTAG接口、電源及復(fù)位電路等模塊。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 短消息通信協(xié)議

　　SIM300模塊與LPC2119之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口通信，通信協(xié)議是AT指令集。AT命令以'AT+'開(kāi)頭，以回車結(jié)尾，每個(gè)命令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回，其他一些非預(yù)期的信息將提示對(duì)應(yīng)信息，接收端根據(jù)接收信息進(jìn)行相應(yīng)處理。本系統(tǒng)只涉及到短消息和串口的命令控制，用到的AT命令如表1所列。

　　4.2 測(cè)控模塊

　　測(cè)控模塊軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。短消息的發(fā)送和接收都是通過(guò)串口完成，發(fā)送短消息時(shí)必須轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，以數(shù)據(jù)包形式發(fā)送；接收短消息通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控串口實(shí)現(xiàn)，將接收到的信息進(jìn)行及時(shí)處理。圖3為短消息的發(fā)送和接收流程。

　　4.3 監(jiān)控模塊

　　系統(tǒng)監(jiān)控模塊軟件設(shè)計(jì)基于Visual Basic、SQL Server和Office Aceess軟件編寫(xiě)，該模塊能實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)油罐的液位、壓力、溫度等狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，完成單灌圖形顯示（圖4）的群灌圖形顯示、表格顯示、手工計(jì)量、報(bào)警記錄顯示、報(bào)表打印等功能。

　　5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用GSM短消息數(shù)據(jù)傳輸模式，能有效解決傳統(tǒng)的使用有線傳輸受環(huán)境干擾影響大、傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)率高、傳輸距離短等方面的不足，而且GSM具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、用戶投資小、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

　　6 結(jié)論

　　采用GSM短消息完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)終端與控制中心的通信，將ARM7的強(qiáng)大管理能力和GSM短消息相結(jié)合，采用模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能。需注意的是：由于每條SMS信息不能超過(guò)160個(gè)英文字母或70個(gè)漢字。對(duì)于稍長(zhǎng)的短消息，SMS必須把信息分割為數(shù)條傳輸，否則將導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。