基于WEB瀏覽器的人機交互和監(jiān)控的實現(xiàn)

楊少華

（云南昆船設計研究院 云南 昆明 650236）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于IEEE 802.3標準的工業(yè)以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議以其通信速率高、抗干擾能力強、組網(wǎng)靈活、施工便捷以及管控一體化等諸多優(yōu)勢逐步成為最有發(fā)展前景的工業(yè)控制網(wǎng)絡[1]。

在工業(yè)以太網(wǎng)的基礎上，各自動化廠商結(jié)合自身的產(chǎn)品特點和對分布式網(wǎng)絡的理解在原有IEC61158標準第4版的基礎上逐步推出適用于惡劣工業(yè)現(xiàn)場并具有實時數(shù)據(jù)能力的新一代分布式總線系統(tǒng)[2]，如SIEMENS公司的PROFINET和ROCKWELL公司的EtherNet/IP等。

這種網(wǎng)絡構(gòu)架為調(diào)試工程師借助Internet或者Intranet，從個人計算機（PC）上以網(wǎng)頁方式訪問PLC數(shù)據(jù)并對設備的控制過程進行監(jiān)視和分析提供了條件，SIMATIC Step7 V5.5還為此提供了專門的S7-Web2PLC接口。

在S7-Web2PLC下，可以很便捷地搭建監(jiān)控網(wǎng)頁，從而可以省略一些不需要經(jīng)常設置參數(shù)的簡單設備（如風力喂絲機、料斗秤等）的HMI，起到節(jié)約成本的作用；一些僅用于調(diào)試和維護的畫面還可以從HMI移植到調(diào)試PC上，保證設備關(guān)鍵參數(shù)的安全。此外，網(wǎng)頁方式還可以更加便利地實現(xiàn)設備基于Internet的遠程診斷，并為用戶后期修改監(jiān)控變量、擴充交互數(shù)據(jù)提供了便捷的渠道和接口。

文中以單旋鼓風力喂絲機為例，以Simatic PLC 317-2 PN/DP為對象，探討基于WEB瀏覽器人機界面的構(gòu)建過程，為PLC系統(tǒng)提供一種新的人際交互和監(jiān)控的方式。

1 變量的形成及訪問過程

圖1 單旋鼓風力喂絲機Fig.1 Structure diagram of the single drum pneumatic cut-tobacco feeding machine

如圖1所示，風力喂絲機設有高低料位兩個光電開關(guān)，未檢測到低料位時，布料皮帶機高速喂料；物料到低料位后，布料皮帶機低速喂料；高料位有料時，布料皮帶機停止喂料，3種喂料方式確保物料始終在低料位附近。負壓開關(guān)檢測后續(xù)卷接機組的要料信號，并觸發(fā)旋鼓以一定的頻率運行。旋鼓運行的頻率值與負壓開關(guān)閉合的個數(shù)相關(guān)，以保證對卷接機組保持恒定的供料。門限位為安全信號，門打開時停機。

為在網(wǎng)頁中顯示上述變量，需要PLC和網(wǎng)頁有一致的變量名，變量的定義如表1所示[3]。

表1 變量的定義Tab.1 Variable definition

變量通過PC中的WEB瀏覽器（如IE、火狐等）訪問PLC的WEB服務器，并通過WEB服務器讀寫與SFC99相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)塊，最終通過OB1對SFC99的循環(huán)調(diào)用完成PLC對變量的引用和賦值，相關(guān)流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)的訪問過程Fig.2 Data access

2 配置過程

從圖2中可知，要以WEB方式訪問PLC的數(shù)據(jù)，不僅需要配置PLC的WEB服務器，還需要有一定格式和規(guī)則的HTML文件作為橋梁來連接PLC和PC。整個配置過程如下。

2.1 圖片的準備

在Windows的繪圖板中將圖1存為machine.PNG，并為各檢測器件準備不同色塊的圖片文件，以表示器件的不同狀態(tài)。如Door1.png為綠色10×14像素的圖片文件，表示門限位關(guān)閉；Door0.png為紅色10×14像素的圖片文件，表示門限位打開等。

2.2 生成HTML文件

在FrontPage2003中新建靜態(tài)網(wǎng)頁，將machine.PNG插入到“設計”窗口，并拖放到合適的位置[3]。

為表1中“從網(wǎng)頁輸出到PLC”的各變量分配文本框和按鈕，文本框的名稱與表1中的變量名一致，按鈕采用POST方式。其它僅用于顯示的變量采用列表方式，分別列出相關(guān)功能和變量名稱。

在FrontPage中完成網(wǎng)頁后，存盤為Example.htm，再用NotePad打開該文件，在head部分加入PLCWEB服務器可識別的語句，如文件類別、網(wǎng)頁名稱、語言、字符類型、刷新頻率、參考樣式等[4]，并用AWP命令聲明PLC的各輸入變量。

HTML的文件類型和頭文件語句如下：

＜!DOCTYPE HTML PUBLIC “－//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN”＞

＜html＞

＜head＞

＜title＞Userdefined Website － Application Example＜/title＞

＜meta http－equiv=“Content－Language” content=“en” ＞

＜meta http －equiv=“Content－Type” content=“text/html；charset=utf－8” ＞

＜/head＞

＜body＞

＜html＞

AWP的語法格式為：

＜! －－ AWP_In_Variable Name=‘“變量名”’ －－＞。

檢測點用不同的色塊來表示不同的開關(guān)狀態(tài)。在HTML文件中，將需要顯示的圖像與變量關(guān)聯(lián)，再組合出不同的狀態(tài)。以門限位檢測為例，語句如下：

＜img src=“Door:= ”Door_Detc “:.png” name=“Door” “Door_Detc=0”id=“Door_Detc” alt=“Door”＞

當門限位關(guān)閉，“Door_Detc”為 1時，“Door”+ “1”+ “.png”=Door1.png，網(wǎng)頁顯示含有綠色塊的圖片文件Door1.png；相應地，當門限位打開時，顯示含有紅色塊的圖片文件Door0.png。

2.3 搭建S7-Web2PLC項目

在STEP7中搭建項目后，在硬件配置中完成硬件的組態(tài)和PN口IP地址的分配，并在PLC的“屬性”中展開WEB標簽，激活PLC的WEB服務器及語言選項，設置WEB服務器的用戶名、密碼和權(quán)限，最后完成編譯并保存。

在Symbol中打開項目符號表，按照表1為變量分配符號名。

啟動S7－Web2PLC，生成新的WEB項目，將符號表輸出給S7－Web2PLC，為WEB服務器指定起始網(wǎng)頁和枚舉類型，最后完成從網(wǎng)頁文件生成DB的操作。生成的DB包含HTML文件以及HTML運行時需要調(diào)用的文本和圖片信息。

2.4 編制S7程序

在S7程序[5]的OB1中調(diào)用SFC99（模塊名稱為“WWW”），以此初始化PLC的WEB服務器，同時完成其它控制程序和輸入輸出變量的賦值。

3 監(jiān)控的實現(xiàn)

搭建如圖2所示的硬件結(jié)構(gòu)。帶WEB瀏覽器的PC經(jīng)以太網(wǎng)線直接連接到PLC模塊的PN口上。

圖3 PLC到PC的以太網(wǎng)連接Fig.3 Connection of Ethernet between PLCand PC

在PC上為PG/PC接口指定WEB通訊用的以太網(wǎng)卡，在STEP7中將編制完整的項目下載到PLC中，在IE瀏覽器中以http協(xié)議打開PLC的IP地址，在出現(xiàn)的網(wǎng)頁上輸入原先設定的用戶名和口令，點擊Customer pages切換到用戶自定義網(wǎng)頁，即進入監(jiān)控網(wǎng)頁[6]。

改變設備負壓開關(guān)的狀態(tài)，旋鼓電機的頻率根據(jù)控制程序發(fā)生相應變化，這種變化從STEP7的在線變量監(jiān)控窗口可以監(jiān)控到如圖4所示，并與監(jiān)控網(wǎng)頁[7]上顯示的狀態(tài)一致如圖5所示。

圖4 STEP7在線變量Fig.4 Online variable of simatic STEP7

圖5 風力喂絲機在線監(jiān)控網(wǎng)頁Fig.5 Online monitoring WEB of the single drum pneumatic cuttobacco feeding machine

4 要 點

要實現(xiàn)在WEB瀏覽器中監(jiān)控PLC的變量，有如下要點：

1）PLC的CPU模塊除要求帶PROFINET接口外，其固件版本也有一定的要求：S7－300的固件版本需在V3.2及以上，S7－400的固件版本需在V6.0及以上。

2）要激活PLC的WEB服務器的語言選項，需在STEP7 Manager里Options菜單下的Language for display devices里的語言選項進行預定義，否則無法選擇WEB語言。

3）HTML是靜態(tài)頁面的，無法對PLC中變量的實時變化產(chǎn)生響應，為此，可以在IE中按下F5進行人工刷新，也可以在HTML文件的body（文件主體）部分指定網(wǎng)頁按時自動刷新，如10秒刷新一次，則描述為：

＜metahttp-equiv=“refresh”content=“10；URL=Example.htm”＞

5 結(jié) 論

文中以Simatic PLC為對象，提供了以WEB瀏覽器為交互界面進行變量監(jiān)控的方法和步驟，并以煙草制絲線上常見設備單旋鼓風力喂絲機為例，詳細闡述了整個構(gòu)建過程。

使用網(wǎng)頁作為監(jiān)控終端實現(xiàn)人機交互，在一定程度上可以減少現(xiàn)場操作站的配置數(shù)量，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還可以減少設計開發(fā)人員在工控機和各種監(jiān)控組態(tài)軟件上進行二次開發(fā)上的投入，同時還給用戶提供了后期使用和維護過程中增加或修改監(jiān)控變量的友好接口和便捷擴充的途徑。

文中介紹的方法，不僅可以用于簡單設備如煙草制絲線上的裝包秤、捆扎機等，也可以用于復雜設備以多級網(wǎng)頁或多頁網(wǎng)頁的方式監(jiān)控，還可以通過Internet路由接入PLC，實現(xiàn)對控制設備的遠程診斷和遠程分析，為用戶提供及時的服務。

[1]廖常初.西門子工業(yè)通訊網(wǎng)絡組態(tài)編程與故障診斷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]楊衛(wèi)華.工業(yè)控制網(wǎng)絡技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3]張軍安，王璞.新編中文FrontPage2003基礎教程[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，2006.

[4]譚浩強.網(wǎng)頁設計技術(shù)[M].2版.北京：中國鐵道出版社，2009.

[5]廖常初.S7－300/400 PLC應用技術(shù)[M].二版.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[6]Siemens AG.Visualization with User-defined Web Pages[EB/OL].[2010 －11 －31]http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/44212999

[7]姚亦娟.基于小電流檢測的PLC學校電網(wǎng)管理控制系統(tǒng)設計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2011（2）：56－58.YAO Yi-juan.Design of power grid management control system of university based on PLCof low current detection[J].Industrial Instrumentation&Automation，2011（2）：56－58.