基于WEB的PLC遠(yuǎn)程對象控制實(shí)驗

張 敬 , 趙先林, 陳 曦, 劉瑞通

(湖南理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414006)

基于WEB的PLC遠(yuǎn)程對象控制實(shí)驗

張 敬 , 趙先林, 陳 曦, 劉瑞通

(湖南理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414006)

提出了一種基于PLC的遠(yuǎn)程實(shí)驗解決方案, 利用PLC及其配套的CP243-1IT通訊模塊, 完成遠(yuǎn)程機(jī)械手的控制, 實(shí)際效果較好.

PLC; 遠(yuǎn)程實(shí)驗; 機(jī)械手

引言

PLC具有高可靠性和穩(wěn)定性, 能在惡劣的環(huán)境下正常工作. 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和PLC技術(shù)的發(fā)展, 利用這一特點(diǎn), 將之運(yùn)用于基于WEB的遠(yuǎn)程實(shí)驗室解決方案, 使學(xué)生能通過網(wǎng)絡(luò)模擬各種實(shí)驗, 達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的, 對其進(jìn)行研究可以加速遠(yuǎn)程實(shí)驗室的構(gòu)建. 這樣進(jìn)行實(shí)驗可不受時間和地點(diǎn)的約束, 可以使用戶在任何時間、任何地點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗, 因此有利于學(xué)生實(shí)驗室的開放. 同時可以充分利用實(shí)驗室資源,減少實(shí)驗設(shè)備的購置, 實(shí)驗室的維護(hù)費(fèi)用和工作量也會大大降低.

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本研究以氣動機(jī)械手做為控制對象, 是基于遠(yuǎn)程實(shí)驗室而開發(fā)的一套實(shí)驗系統(tǒng). 本系統(tǒng)硬件裝置是由西門子S7-224 PLC、CP243-1 IT網(wǎng)絡(luò)通訊模塊, 一臺裝有Win2000 Server操作系統(tǒng)和STEP7-Micro/ WIN32軟件的電腦、網(wǎng)絡(luò)集線器、攝像頭、氣動機(jī)械手、Internet網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程計算機(jī)等構(gòu)成. 如圖1所示.

圖1所示網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng), 包括局域網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)和Internet互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò), 使局域網(wǎng)和Internet上的遠(yuǎn)程計算機(jī)通過WEB網(wǎng)頁訪問CP243-1 IT模塊來對PLC及與其相連的機(jī)械手進(jìn)行控制, 同時通過訪問與主服務(wù)器相連的攝像頭, 可以看到機(jī)械手的運(yùn)行狀況, 當(dāng)然也可以通過PLC反饋到WEB網(wǎng)頁上的信息,了解機(jī)械手的運(yùn)行狀況.

圖1 遠(yuǎn)程實(shí)驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 局域網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)

因為CP243-1IT模塊完全兼容CP243-1模塊, 我們將用局域網(wǎng)技術(shù)與CP243-1IT模塊通訊, 通過IT模塊, 將程序經(jīng)網(wǎng)線、交換機(jī)傳輸?shù)絊7-224 PLC,并監(jiān)控其運(yùn)行狀況, 實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)機(jī)械手的控制. 實(shí)踐證明, 通過局域網(wǎng)執(zhí)行程序下載、監(jiān)控等操作, 其速度遠(yuǎn)大于本地機(jī)械手控制速度. 另一種方式是, 直接訪問Win2000 Server的服務(wù)器, 對其進(jìn)行編程、監(jiān)控.這里我們具體介紹IT通訊模塊方式.

2.1 硬件連線

具體硬件連線如下: S7-224 PLC與CP243-1 IT通過扁平電纜相接, 輸入電源皆為24VDC, 且共大地,氣動機(jī)械手與PLC相連, PLC與主服務(wù)器通過PPI電纜連接; CP243-1IT、主服務(wù)器和遠(yuǎn)程計算機(jī)接入同一局域網(wǎng), 同時主服務(wù)器上聯(lián)有攝像頭. 這樣構(gòu)成了一個完整的局域網(wǎng)實(shí)驗系統(tǒng).

2.2 CP243-1 IT模塊組態(tài)

在主服務(wù)器上打開STEP7-Micro/WIN32, PPI電纜通訊成功后, 進(jìn)入“工具” “因特網(wǎng)向?qū)А? 點(diǎn)擊“下一步”, 進(jìn)入界面給IT通訊模塊配置一個IP地址. 點(diǎn)擊“下一步”, 選擇一個連接, 點(diǎn)擊“下一步”, 選擇“此為服務(wù)器連接”, 其余步驟按默認(rèn)即可. 并將此配置下載到PLC中[1].

完成上面步驟, 相當(dāng)于給PLC分配了一個可遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接的IP地址, 局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺電腦, 都可以通過這個IP地址, 利用STEP7-Micro/WIN32軟件編寫程序, 并監(jiān)控程序的運(yùn)行狀況.

2.3 局域網(wǎng)下載設(shè)置

設(shè)置PG/PC接口: 選擇自己的網(wǎng)卡通訊TCP/IP Realtek RTL8139/810x ; 然后點(diǎn)擊“通信”雙擊刷新, 就找到了遠(yuǎn)程局域網(wǎng)內(nèi)的PLC 224; 完成后, 在遠(yuǎn)端就像本地一樣操作、調(diào)試、編程下載、并監(jiān)控程序的運(yùn)行狀況. 而且局域網(wǎng)傳入速度為100Mbps, 遠(yuǎn)大于PPI電纜下載方式.

3 Internet互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)

互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程機(jī)械手控制, 是在局域網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)上, 利用CP243-1 IT模塊通訊功能實(shí)現(xiàn)的. CP243-1 IT具有HTTP和FTP服務(wù)器功能, 前面對CP243-1IT進(jìn)行IP地址組態(tài), 就可以通過WEB網(wǎng)頁訪問與之連接的PLC的寄存器變量, 通過讀寫這些變量來控制機(jī)械手的動作. 這里我們通過編程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的基本操作, 上、下、前、后、旋轉(zhuǎn)、抓取、放松等動作. 在調(diào)試時可通過主服務(wù)器上的攝像頭觀察機(jī)械手的動作, 程序是通過遠(yuǎn)程連接至IT通訊模塊下載到PLC中. 并且通過FTP服務(wù)器可將制作的網(wǎng)頁和Java控件上傳到CP243-1IT的文件系統(tǒng)中. 另外, 我們還必須在校園網(wǎng)入口, 做端口映射, 使主服務(wù)器和CP243-1 IT模塊映射到外網(wǎng). 為實(shí)現(xiàn)Internet遠(yuǎn)程控制, 在局域網(wǎng)控制的基礎(chǔ)上, 還需滿足以下要求.

3.1 虛擬控制界面制作

3.1.1 主界面

要制作控制界面需要用到Dreamweavers軟件和Java語言. Dreamweavers是集網(wǎng)頁制作和網(wǎng)站管理于一身的所見即所得的網(wǎng)頁編輯器. 它是一套針對專業(yè)網(wǎng)頁設(shè)計師特別設(shè)計的可視化網(wǎng)頁開發(fā)工具. 圖2是用Dreamweavers軟件開發(fā)的WEB控制的主界面.

圖2 WEB控制主界面

3.1.2 監(jiān)控界面

Java是Sun公司推出的一種面向?qū)ο缶幊陶Z言. 它是一種通過解釋方式來執(zhí)行的語言, 語法規(guī)則和C++類似. 同時, Java也是一種跨平臺的程序設(shè)計語言. 用Java語言編寫的程序叫做“Applet”(小應(yīng)用程序), 用編譯器將它編譯成類文件后, 將它存在WWW頁面中, 并在HTML檔上作好相應(yīng)標(biāo)記, 用戶端只要裝上Java的客戶軟件就可以在網(wǎng)上直接運(yùn)行“Applet”[2].

本文利用到Dreamweavers和Java相關(guān)知識,利用Dreamweavers, 并嵌入Java控件, 編輯網(wǎng)頁,可通過CP243-1IT自身的FTP上傳功能, 或者Dreamweavers的FTP功能, 將做好的網(wǎng)頁文件上傳到CP243-1IT模塊的文件系統(tǒng)中. 這樣就可以從遠(yuǎn)端訪問CP243-1IT模塊的文件系統(tǒng)中的網(wǎng)頁, 并操作控制PLC使相關(guān)輔助繼電器的電平發(fā)生變化,達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的[3]. 圖3是PLC寄存器變量監(jiān)控界面.

圖3中Type代表輸出(Q)、輸入(I)寄存器、特殊(SM)寄存器、變量(V)寄存器、輔助(M)寄存器; Data Type中前面所選的寄存器的讀取方式, 包括bit、byte、word、dword四種方式; Offset與bit為寄存器地址的選擇. 例如圖3中第一個值I寄存器, 選擇是byte類型, byte共有8位(bit), 后面Status Value顯示I0.1至I0.7的狀態(tài)值分別為01011001. 通過這種方式我們便可以監(jiān)視每一個變量的狀態(tài).

圖3 PLC寄存器變量監(jiān)控界面

3.1.3 虛擬控制界面

遠(yuǎn)程實(shí)驗的特點(diǎn)決定了實(shí)驗者不能夠直接操作真實(shí)的手動輸入輸出設(shè)備. 因此, 設(shè)計了帶有Java Applet和JavaScript的虛擬工作臺, 它具有如下功能:

(1) 由于PLC的輸入不是從遠(yuǎn)程計算機(jī)進(jìn)行修改, 輸入的內(nèi)容由虛擬工作臺中的記憶單位所替換;

(2) 如果一個實(shí)驗者在其程序中產(chǎn)生了一些錯誤, 受控設(shè)備的活動就是不可預(yù)料的. 為了阻斷錯誤運(yùn)行的程序并重置受控設(shè)備, 在虛擬工作臺中設(shè)置了一個“暫?！卑粹o, 用于阻斷正在運(yùn)行的程序, 以及一個“停止”按鈕, 用于啟用CPU的停止模式. 因此周期性中斷組織塊35被啟用, SFC46系統(tǒng)功能被有條件地調(diào)用;

(3) 為了在遠(yuǎn)程計算機(jī)上直接監(jiān)視PLC的輸入輸出狀態(tài), 在虛擬工作臺中設(shè)置了輸入輸出狀態(tài)指示器. 并實(shí)現(xiàn)了輸入輸出狀態(tài)指示器同JavaScript動態(tài)更新.

圖4是遠(yuǎn)程實(shí)驗系統(tǒng)的控制臺, 雖然界面簡單, 但完全可滿足實(shí)驗的要求, 并且可以自定義按鈕, 適應(yīng)各種控制系統(tǒng), 不僅僅是本實(shí)驗的機(jī)械手的控制. 圖4中輔助繼電器開關(guān)置0或置1代表開關(guān)的“打開”和“關(guān)閉”.

圖4 遠(yuǎn)程實(shí)驗系統(tǒng)控制臺

3.2 機(jī)械手程序設(shè)計

通過西門子公司專為S7-200系列PLC設(shè)計開發(fā)的STEP7軟件即可對PLC進(jìn)行編程控制, 向PLC中寫入程序. 機(jī)械手模型由我們根據(jù)實(shí)驗需要設(shè)計而來, 機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、氣夾等機(jī)械部件組成; 電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成. 本機(jī)械手模型可以較好的模擬工業(yè)機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài). 在本實(shí)驗中即是寫入機(jī)械手控制程序. 機(jī)械手PLC控制流程如圖5所示.

3.3 端口映射

因為主服務(wù)器和CP234-1 IT模塊都是處于校園網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)中, 而Internet網(wǎng)絡(luò), 屬于外網(wǎng), 所以, 我們必須在校園網(wǎng)服務(wù)器中, 把我們的實(shí)驗控制系統(tǒng)的主服務(wù)器和CP234-1 IT模塊的IP映射到外網(wǎng). 這樣沒有防火墻的阻隔, Internet網(wǎng)上的主機(jī)就可以訪問系統(tǒng)并控制機(jī)械手的運(yùn)行[4].

圖5 機(jī)械手控制流程圖

3.4 主服務(wù)器

主服務(wù)器是裝有Win2000 Server版操作系統(tǒng)的電腦, 該服務(wù)器采用酷睿雙核CPU, 2G內(nèi)存, 加獨(dú)立顯卡的高配置電腦組成. 為了滿足遠(yuǎn)程實(shí)驗的需要, 完善實(shí)驗系統(tǒng), 本系統(tǒng)還在主服務(wù)器上, 安裝有攝像頭; 這樣學(xué)生可以在做遠(yuǎn)程實(shí)驗時, 一邊觀察機(jī)械手的運(yùn)行狀況, 一邊調(diào)試, 達(dá)到一種真實(shí)的效果. 主服務(wù)器組建了FTP服務(wù)器, 解決了實(shí)驗文件, 實(shí)驗數(shù)據(jù)共享的問題, 能更好的指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗.

4 結(jié)論

(1) 通過CP243-1IT創(chuàng)建基于WEB的遠(yuǎn)程實(shí)驗室是可行的.

(2) 在遠(yuǎn)程實(shí)驗系統(tǒng)中, 虛擬工作臺具有實(shí)用價值并可使用JavaScript和網(wǎng)頁進(jìn)行設(shè)計.

(3) 由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t, 遠(yuǎn)程實(shí)驗室系統(tǒng)不適用于實(shí)時性強(qiáng)的場合, 有待提高實(shí)效性.

(4) 由于整個系統(tǒng)是基于WEB瀏覽器上, 所以與平臺無關(guān), 具有很高的可移植性.

最后, 通過對基于WEB的PLC遠(yuǎn)程控制實(shí)驗方法的研究, 將會對遠(yuǎn)程控制技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用、科學(xué)研究、遠(yuǎn)程教育等方面產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用. 該技術(shù)與企業(yè)網(wǎng)融合, 使企業(yè)的內(nèi)部資源達(dá)到優(yōu)化配置, 可使其外部條件達(dá)到最佳利用, 在激烈的市場競爭中處于有利位置. 在今后對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn), 提高實(shí)效性, 將會促進(jìn)整個實(shí)驗系統(tǒng)的推廣應(yīng)用.

[1] 宋伯生. 可編程控制器配置[M]. 北京: 中國勞動出版社, 2005

[2] 胡伏汀. Java程序設(shè)計實(shí)用教程[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2004

[3] 關(guān) 智. 基于Web的PLC遠(yuǎn)程實(shí)驗系統(tǒng)的研究[D]. 沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院碩士學(xué)位論文, 2007

[4] 陸魁軍. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐教程[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2005

PLC Remote Control Experiment Based on WEB

ZHANG Jing, ZHAO Xian-lin, CHEN Xi, LIU Rui-tong
(College of Mechanical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

The paper presents a solution of remote experiment based on PLC. The control on remote manipulator will be accomplished with PLC and related CP243-1IT. Through the examples indicate that the reliability of system is high.

PLC; remote experiment; manipulator

TP241, TP214

A

1672-5298(2010)03-0039-04

2010-05-06

張 敬(1981- ), 男, 湖南岳陽人, 湖南理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院講師. 主要研究方向: 機(jī)電一體化控制