基于PLC重鋪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

韓令斗+趙亮+張栗+仲崇權(quán)

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)重鋪機(jī)組數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、可視化與上傳，開發(fā)了重鋪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)以PLC為控制核心，由ZigBee模塊、GPRS模塊、GPS模塊和DView組態(tài)軟件組成，提出了該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。ZigBee模塊主要用于PLC間的無線通信，傳輸所有PLC采集的數(shù)據(jù)。GPS模塊用來采集經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，為實(shí)時(shí)監(jiān)控重鋪機(jī)組的位置提供支持。GPRS模塊用以將重鋪機(jī)組的數(shù)據(jù)、經(jīng)緯度信息上傳至互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)重鋪機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地遠(yuǎn)程傳輸采集的數(shù)據(jù)，DView組態(tài)軟件根據(jù)采集結(jié)果顯示網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控畫面，可有效監(jiān)控重鋪機(jī)組的工作。

關(guān)鍵詞：PLC；GPRS；GPS；DView組態(tài)軟件

中圖分類號(hào)：TP277.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）02-00-03

0 引 言

重鋪機(jī)組用于公路的大面積連續(xù)翻修作業(yè)，具有就地加熱、翻松（銑刨）、復(fù)拌、攤鋪、整平功能，可一次成型新路面，舊路瀝青混合料100%就地再生利用，具有節(jié)約資源、減少環(huán)境污染、作業(yè)時(shí)不封閉交通、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益非常顯著等特點(diǎn)[1]。但若想保證重鋪機(jī)組的參數(shù)精確并提高生產(chǎn)效率，對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)控是必要的，以便及時(shí)掌握重鋪機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和各種參數(shù)的變化[2]。

本文采用ZigBee無線通信技術(shù)。隨著通信技術(shù)快速發(fā)展，短距離無線通信技術(shù)已經(jīng)成為通信技術(shù)中的一大熱點(diǎn)。以無線局域網(wǎng)（WLAN）、藍(lán)牙（Blue-Tooth）技術(shù)、WiFi以及ZigBee技術(shù)等為代表的各種熱點(diǎn)技術(shù)相繼出現(xiàn)[3-6]。作為一種新興的短距離無線通信技術(shù)，ZigBee具有低功耗、低成本、使用便捷等顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家庭自動(dòng)化、智能農(nóng)業(yè)和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景[7]。此外，本文采用GPRS技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。GPRS網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高，永久在線等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，而且這必將成為工業(yè)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)[7]。

1 總體方案設(shè)計(jì)

重鋪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)如圖1所示，系統(tǒng)所需的組件如表1所列。施工對(duì)象為由五輛重型鋪路車組成的機(jī)組，分別為1#加熱機(jī)、2#加熱機(jī)、3#加熱機(jī)、銑刨機(jī)和復(fù)拌機(jī)。每輛重型車上都安裝有觸摸屏。4個(gè)CIO100模塊分別安裝在三臺(tái)加熱器和一臺(tái)復(fù)拌機(jī)上，將一個(gè)從MAC310模塊安裝在銑刨機(jī)上，通過串口連接分別取讀五臺(tái)機(jī)器的數(shù)據(jù)。同時(shí)每臺(tái)機(jī)器上安裝一個(gè)ZigBee模塊，分別與4臺(tái)CIO110和MAC310的串口相連。由于三臺(tái)加熱機(jī)移動(dòng)特性明顯，所以主ZigBee放在位置相對(duì)固定的銑刨機(jī)上，便于搭建機(jī)組近距離局域網(wǎng)。同時(shí)銑刨機(jī)上還安裝GPRS和GPS模塊，分別與另一塊主MAC310模塊的串口相連。因此4臺(tái)CIO100上的數(shù)據(jù)通過ZigBee模塊發(fā)送給從MAC310模塊，從MAC310模塊通過串口把數(shù)據(jù)發(fā)送給主MAC310模塊，主MAC310把五臺(tái)機(jī)器的數(shù)據(jù)和GPS記錄的機(jī)組位置信息通過GPRS設(shè)備發(fā)送至云服務(wù)器，最后通過DView界面顯示。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 主控設(shè)計(jì)

主控由銑刨機(jī)、MAC310模塊、GPS模塊、GPRS模塊、ZigBee模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于系統(tǒng)需要4個(gè)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而每個(gè)MAC310主控器有3個(gè)串口，故需要兩個(gè)MAC310模塊。

2.1.1 MAC310主控器

MAC310是大連理工計(jì)算機(jī)控制工程有限公司自主研發(fā)的冗余主控器的一個(gè)型號(hào)，該型號(hào)冗余主控器具備2路以太網(wǎng)、3路RS 485接口、4路DO（晶體管），其中2路高速脈沖最大可達(dá)300 kHz，5路IO中斷具備以太網(wǎng)、串口、設(shè)備等多種冗余架構(gòu)，內(nèi)部資源豐富，適用于復(fù)雜冗余系統(tǒng)的主控。MAC310控制器獲取的終端變量以及存放地址見表2所列。

2.1.2 GPS模塊

本系統(tǒng)使用DF-1007GPS模塊可以獲取當(dāng)前位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)，并通過串口實(shí)時(shí)上報(bào)給控制器。該模塊配置時(shí)DUT工作模式選擇“AT模式”，GPS模式選擇“串口上報(bào)模式”，上報(bào)周期為“5秒”。此外，控制器通過串口自由通訊指令（SC_AFC）發(fā)送報(bào)文給設(shè)備后，才能收到相應(yīng)的響應(yīng)報(bào)文，但由于該GPS模塊具有定期串口上報(bào)功能，所以不需要組拼發(fā)送報(bào)文。收到正確的報(bào)文信息是“$GPRMC，225530.000，A，3637.26040，N，11700.56340，E，0.000，97.17，220512，，，D*57”。轉(zhuǎn)換公式及示例見表3所列。

2.1.3 GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸

將GPRS DTU模塊通過RS 485串口與電腦串口相連，RS 485串口正極接模塊A端子，RS 485串口負(fù)極接模塊B端子。GPRS的配置界面如圖3所示。模塊配置的波特率與控制器所連串口一致，服務(wù)器端口配置為11000；注冊(cè)包格式（心跳包格式）為16進(jìn)制的數(shù)據(jù)，且應(yīng)與DViel的“TCP主動(dòng)連接DTU” 的模塊ID保持一致[8]。

2.2 終端設(shè)計(jì)

終端由鋪路車（加熱機(jī)或復(fù)拌機(jī)）、ZigBee模塊、CIO110模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.2.1 CIO110控制器

CIO110控制器是大連理工計(jì)算機(jī)控制工程有限公司自主研發(fā)的一種可編程控制器。CIO110控制器具有4 K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和38 K的程序存儲(chǔ)空間及11路普通輸入點(diǎn)數(shù)和8路普通輸出點(diǎn)數(shù)。支持IO擴(kuò)展功能，體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，通過統(tǒng)一編程控制完成各種自動(dòng)化控制，單獨(dú)使用時(shí)可用于單機(jī)及小型自動(dòng)控制中，滿足中等點(diǎn)數(shù)、功能簡(jiǎn)單、成本超低的低端市場(chǎng)需求。CIO110控制器獲取的終端變量以及存放地址見表4和表5所列。

2.2.2 ZigBee模塊

利用ZigBee無線技術(shù)使得信息獲取更快捷，同時(shí)也避免了布線的困擾[9]。ZigBee模塊配置為一主多從，即一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)（Coordinator），多個(gè)從節(jié)點(diǎn)（Router）。另外要配置唯一的PAN ID（網(wǎng)絡(luò)ID）和頻道。而且配置的波特率要與所連的PLC控制器一致，并選擇透明傳輸方式。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，本系統(tǒng)使用的ZigBee DTK模塊具有最大650 m的可視傳輸距離，在空曠的室外環(huán)境完全滿足對(duì)距離的要求。

2.3 云端設(shè)計(jì)

2.3.1 服務(wù)器配置

系統(tǒng)使用Windows Server 2008或Windows Server 2012，而后者用戶交互較友好。配置I2S服務(wù)器，需要進(jìn)行身份驗(yàn)證并允許32位程序（64位服務(wù)器）。

本項(xiàng)目使用騰訊云服務(wù)器，配置信息（可升級(jí)）為單核、2 G內(nèi)存、50 G云系統(tǒng)盤、10 G云數(shù)據(jù)盤與Windows Server 2012。

2.3.2 服務(wù)器軟件的安裝

該系統(tǒng)需要服務(wù)器安裝的軟件有DView和Microsoft SQL Server 2012。

2.3.3 DView HMI界面

該系統(tǒng)使用DView組態(tài)軟件的DView HMI界面。DView軟件由DView（DView編輯器）、DXP（DCCE Exchange Platform，大工計(jì)控?cái)?shù)據(jù)交互平臺(tái)）、HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面組態(tài)軟件）、DBMonitor（歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)）、OPC（OPC服務(wù)器）、CamServer（視頻服務(wù)器）等部分組成，是具有設(shè)備管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理、視頻管理及數(shù)據(jù)庫管理等功能的監(jiān)控管理系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。

DView工程的操作過程如下：

（1）設(shè)備拓?fù)鋱D拖拽“TCP主動(dòng)連接DTU”和“DTU從模塊EPA協(xié)議”。

（2）設(shè)備變量的命名規(guī)則要做到統(tǒng)一與直觀。

（3）登錄操作。不同用戶有各自相應(yīng)的權(quán)限。

（4）地圖定位信息。DView的地圖控件使用國內(nèi)知名地圖軟件——百度地圖API（JavaScript版）開發(fā)制作。由于百度地圖將GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)做了加密處理，故由GPS模塊采集的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)需要經(jīng)過轉(zhuǎn)化后才能應(yīng)用到百度地圖上，這里采用百度地圖公開的GPS轉(zhuǎn)換函數(shù)。

（5）數(shù)據(jù)監(jiān)視界面。將位變量和字變量分別綁定到開關(guān)（或指示燈）和文本標(biāo)簽（或儀表盤等）上。根據(jù)技術(shù)協(xié)議，盡量貼合甲方觸摸屏顯示效果。

（6）數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的處理。設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)通過DView的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。但由于網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定或者干擾，可能會(huì)使設(shè)備下線。所以數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)于設(shè)備下線時(shí)是無用的，應(yīng)當(dāng)剔除。本項(xiàng)目使用SQL Server數(shù)據(jù)庫的觸發(fā)器功能，刪除無效數(shù)據(jù)，盡量保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性。

3 結(jié)果與分析

現(xiàn)場(chǎng)及安裝情況和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控畫面分別如圖5和圖6所示。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠?qū)χ劁仚C(jī)組的參數(shù)進(jìn)行精確監(jiān)控，同時(shí)能夠準(zhǔn)確快速的定位重鋪機(jī)組的位置，且實(shí)時(shí)性較好。

4 結(jié) 語

本文通過對(duì)重鋪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控的具體實(shí)踐，敘述了重鋪機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。該監(jiān)控系統(tǒng)自投入以來，運(yùn)行穩(wěn)定，檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，提高了生產(chǎn)效率，對(duì)重鋪機(jī)組的安全高效運(yùn)行起到了重要的作用。另外，該系統(tǒng)還可應(yīng)用于工業(yè)控制、家庭自動(dòng)化、智能農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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