基于物聯(lián)網實現(xiàn)的遠程控制工業(yè)系統(tǒng)

蘇東海等

摘 要：傳統(tǒng)的工業(yè)控制是基于工廠總線的，但隨著互聯(lián)網的普及應用，采用物聯(lián)網來控制工業(yè)系統(tǒng)將是未來的發(fā)展趨勢。遠程控制工業(yè)系統(tǒng)是未來工業(yè)控制模式的必然方向，它具有及時性，方便性，快捷性等優(yōu)點。文中主要基于物聯(lián)網，通過手機端遠程控制工業(yè)系統(tǒng)設計了一套基于Andriod系統(tǒng)操控平臺，擬為工業(yè)系統(tǒng)提供一套安全，方便，互操作性好的通信模式與控制方式。該系統(tǒng)已經通過測試，可以投入市場實際應用。

關鍵詞：物聯(lián)網；遠程控制；Andriod；操控平臺

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）08-00-02

0 引 言

本設計結合物聯(lián)網應用與工業(yè)控制來實現(xiàn)遠程手機客戶端實時監(jiān)測工業(yè)過程中的工作情況，出現(xiàn)異常情況時，手機客戶端會得到相應的信息及故障類型，繼而通過手機客戶端直接操控電控系統(tǒng)，處理故障，故障完全處理之后，會返回信息給手機客戶端。

1 遠程工業(yè)控制系統(tǒng)的總體設計

該項目的總體設計分為三個部分，第一部分是手機終端，即監(jiān)測操控端，專家可以通過手機App來直接操控工業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程控制；第二部分是下位機，下位機采用Arduino單片機及其網絡擴展模塊W5100；第三部分是模擬工業(yè)系統(tǒng)，工業(yè)端分為指示模塊、手動模塊、繼電器模塊、電源模塊。

手機終端App通過以太網與下位機Arduino實現(xiàn)通信，Arduino與工業(yè)端通過I/O口與工業(yè)系統(tǒng)進行通信。此款手機軟件為工業(yè)用專家控制系統(tǒng)，更加方便的實現(xiàn)工業(yè)遠程控制，手機客戶端通過以太網與Arduino的擴展板W5100進行通信，Arduino單片機會對電控系統(tǒng)進行相應的操作。

工業(yè)與物聯(lián)網結合的工業(yè)控制方式避開了工廠總線控制的弊端，例如操作人員必須親臨現(xiàn)場，某些操作具有一定的危險性，故障處理的不及時，監(jiān)測反饋的滯后性等。工業(yè)物聯(lián)網實現(xiàn)了人、機器、系統(tǒng)的智能化，可交互式無縫連接。圖1為遠程工業(yè)控制系統(tǒng)流程圖。圖2為遠程工業(yè)控制實物圖。

2 上位機

遠程控制軟件分為兩部分：一端是客戶端程序Client，一端是服務端程序Sever，控制程序一般都編寫在服務端中，客戶端訪問服務端程序并發(fā)送接收信號，建立一個遠程服務系統(tǒng)，通過這種遠程服務，使用各種控制程序發(fā)送各種控制命令執(zhí)行各種操作，設備端的信息也可以隨時在遠程控制端采集顯示。

上位機是基于Andriod系統(tǒng)設計的一款專家用遠程控制工業(yè)系統(tǒng)的人機交互界面，軟件的功能實現(xiàn)了向下位機發(fā)送字符的發(fā)送控制工業(yè)端，App分為四個界面，首先是歡迎界面，點擊登錄進入登錄界面，為了增加工業(yè)系統(tǒng)的操控安全性，需要輸入用戶名及密碼，進入網絡登錄界面，進行網絡連接，需要輸入IP地址及端口。網絡連接成功將進入操作界面，操控界面包括文本顯示區(qū)域，執(zhí)行區(qū)域，故障區(qū)域，急停區(qū)域。文本顯示區(qū)域可以顯示網絡連接狀況，工業(yè)系統(tǒng)運行狀況，故障提示，故障類型顯示，故障處理結果。執(zhí)行區(qū)域，可以實現(xiàn)對工業(yè)系統(tǒng)的運行，停止，復位，急停等各項功能。其中的故障區(qū)域，可以遠程根據(jù)故障類型處理故障。當系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，故障燈開始閃爍，手機App將在文本欄顯示故障類型，專家可以根據(jù)故障類型操作，排除故障，當系統(tǒng)需要急操作時，點擊急停按鈕，系統(tǒng)將緊急停止。

上位機與下位機的通信分為兩個過程，一個過程是下位機向上位機反饋工業(yè)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，上位機將在文本區(qū)域顯示運行、停止、復位、及故障類型等狀態(tài)；另一過程為上位機向下位機發(fā)送指令，以不同的字符方式來執(zhí)行不同的操作。其流程圖如圖4和圖5所示。

3 下位機

該項目下位機部分選用的是Arduino單片機及它的網絡擴展模塊W5100，Arduino的內核為AVR單片機，編程語言為C語言，Arduino網絡擴展模式需要加入頭文件，作為服務端程序需要先設置IP地址和端口。

由于工業(yè)系統(tǒng)的復雜性，單線程無法進行良好的遠程控制，所以下位機需要采用多線程編寫，在程序中需要添加多線程頭文件，線程的方式是以結構體的形式編寫，設置各個線程，PT_BEGIN線程開始，PT_END線程結束，定義不同的變量sign即可實現(xiàn)不同的端口操作

通過上位機與下位機發(fā)送不同的字符來實現(xiàn)不同的線程，程序中設置的多線程功能包括：工業(yè)系統(tǒng)發(fā)來的故障類型，反饋的信息，已經對工業(yè)系統(tǒng)進行運行，停止，復位，急停，處理故障等操作。線程在進行運行之前，需要進行初始化，定義不同端口的負責不同的模塊，端口與模阻是I/O端口連接，在進行線程調度時，需要先讀取端口的狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)發(fā)送給客戶端不同的字符，客戶端將接受不同的響應，執(zhí)行操作時各個線程可以進行同步運行。

在進行TCP網絡編程時，先對服務器進行初始化，監(jiān)聽客戶端，客戶端接收響應，開始進行連接，單片機與App進行數(shù)據(jù)的傳輸。流程圖如圖6所示，其運行代碼如下：

4 模擬工業(yè)系統(tǒng)

模擬工業(yè)系統(tǒng)具備四個模塊，電源模塊，繼電器模塊，手動開關模塊，指示燈模塊。該系統(tǒng)采用220 V電壓，經過變壓器轉換為24 V電壓，由模阻和繼電器對開關及指示燈進行操作，該系統(tǒng)可以通過網絡控制，也可以進行手動控制，該系統(tǒng)模擬了工業(yè)常出現(xiàn)的故障，該系統(tǒng)可以模擬標準的工業(yè)運行，停止，復位，急停，故障處理等操作，電路圖如圖7所示。當系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，無法進行復位，當系統(tǒng)處于停止狀態(tài)時，無法直接運行，需要先進行復位。不同的運行狀態(tài)都分別由不同的指示燈顯示，每個指示都與App界面的指示燈對應顯示。

5 結 語

該項目集物聯(lián)網技術，工業(yè)技術，電子技術，計算機技術為一體，可實現(xiàn)真正的遠程自動化工業(yè)控制，基于這樣的思想及技術，未來的工業(yè)的控制方式及應用將更加廣闊。

工業(yè)物聯(lián)網改變了傳統(tǒng)工業(yè)收集信息被動的方式，也改變了操作必須人在現(xiàn)場的局限性，對于危險操作的工作更是提供了安全的操作方式，發(fā)展工業(yè)物聯(lián)網是企業(yè)需要更新的全新理念。遠程自動化控制系統(tǒng)將給工業(yè)帶來更加便捷，更加智能等優(yōu)勢。遠程控制是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢，因此有必要在這一領域繼續(xù)深入研究。

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