基于PLC的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程明星

【摘 要】本文基于HMS公司工業(yè)遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)Flexy205和西門(mén)子公司PLC S7-1500T，設(shè)計(jì)了伺服電機(jī)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，并對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軟件的設(shè)計(jì)以及組態(tài)過(guò)程進(jìn)行了介紹。遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)Flexy205通過(guò)與云端服務(wù)器通訊，完成現(xiàn)場(chǎng)PLC S7-1500T與遠(yuǎn)程控制終端互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)遠(yuǎn)程控制的目的。

【關(guān)鍵詞】電機(jī)控制;遠(yuǎn)程控制;PLC;組態(tài)軟件

中圖分類(lèi)號(hào)： TU855;TP391.44;TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）08-0107-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.045

【Abstract】Based on the industrial remote gateway Flexy205 of HMS and the PLC S7-1500T of Siemens， this paper designs a remote control system of the servo motor， and introduces the structure， software design and configuration process of the whole control system. The remote gateway Flexy205 communicates with the cloud server， completing the interconnection between the field PLC S7-1500T and the remote control terminal， thus realizing the remote control of the servo motor.

【Key words】Motor Control;Remote control;PLC;Configuration software

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程控制技術(shù)日益受到人們的重視，逐漸被應(yīng)用于各行各業(yè)中[1-3]。特別是在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，隨著本地通信控制技術(shù)的局限性日益突出，采用有線或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信控制的方式逐漸進(jìn)入人們的視野[4-5]。該技術(shù)使得工程師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警管理[6]，從而達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備的性能遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)見(jiàn)性維護(hù)的目的[7]。同時(shí)，該技術(shù)還可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，用于對(duì)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，為設(shè)備制造商對(duì)設(shè)備性能的持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持;同時(shí)還可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程應(yīng)用調(diào)試、操作，實(shí)現(xiàn)工程師不必到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，即可對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試、排除故障，大大地減少設(shè)備維護(hù)成本，并優(yōu)化設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間，從而提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和公司的經(jīng)濟(jì)效益。

本文采用工業(yè)遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)Flexy205與PLC S7-1500T相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種伺服電機(jī)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。同時(shí)對(duì)該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程程序下載、設(shè)備監(jiān)控以及故障報(bào)警提醒等功能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 遠(yuǎn)程控制技術(shù)的原理

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通?？梢詣澐譃檫h(yuǎn)程控制終端系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)三部分[8]。遠(yuǎn)程控制終端系統(tǒng)一般包含計(jì)算機(jī)、手機(jī)和平板電腦等設(shè)備;遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸由云端服務(wù)器來(lái)完成，云端服務(wù)器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)備建立遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接。而遠(yuǎn)程控制終端在控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，同樣需要先與云端服務(wù)器建立遠(yuǎn)程連接，從而與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備建立實(shí)時(shí)通訊連接，并實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程操控;現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)由工業(yè)遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)和一系列自動(dòng)化元器件組成，比如PLC及其下位機(jī)組件等。

2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文選用瑞典HMS公司的工業(yè)遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)Flex205與西門(mén)子公司的PLC S7-1500T來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，將PLC S7-1500T中需要監(jiān)控的變量在Flex205網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行組態(tài);其次，通過(guò)登錄網(wǎng)關(guān)客戶端（eCatcher軟件），將遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)Flex205建立遠(yuǎn)程連接;最后，再通過(guò)工業(yè)組態(tài)軟件ViewON，將遠(yuǎn)程人機(jī)監(jiān)控界面與Flex205中的變量進(jìn)行云組態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要由工業(yè)遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)Flexy205、PLC S7-1500T、IO控制模塊、V90伺服驅(qū)動(dòng)器、1FL6型號(hào)伺服電機(jī)等組成。工業(yè)遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)Flexy205通過(guò)4G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)卡連入網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)網(wǎng)線連接S7-1500T，S7-1500T通過(guò)PROFINET與ET200SP和V90進(jìn)行通訊，進(jìn)而控制伺服電機(jī)的運(yùn)行，并對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)線與Flexy205連接，運(yùn)用IP設(shè)置軟件eBuddy設(shè)置Flexy205的IP為：192.168.0.53。然后再通過(guò)IE瀏覽器訪問(wèn)Flexy205的IP地址，對(duì)設(shè)備進(jìn)行本地設(shè)置。首先配置網(wǎng)關(guān)的聯(lián)網(wǎng)方式為4G手機(jī)卡聯(lián)網(wǎng)，并將該網(wǎng)關(guān)與eCatcher賬戶綁定，命名網(wǎng)關(guān)名為FLEXY205_China_Office;然后選擇與PLC通訊相匹配的IO Server，并設(shè)置其IP為PLC的IP;最后對(duì)PLC的變量進(jìn)行組態(tài)，同時(shí)對(duì)伺服電機(jī)的速度進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)電機(jī)超速時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)郵件發(fā)送報(bào)警信息到指定郵箱進(jìn)行報(bào)警。

完成控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)后，打開(kāi)工業(yè)組態(tài)軟件ViewON，根據(jù)控制功能需要，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程人機(jī)界面，并將界面中各個(gè)變量與Flexy205網(wǎng)關(guān)中的變量進(jìn)行組態(tài)，從而建立S7-1500T與遠(yuǎn)程人機(jī)界面的云組態(tài)頁(yè)面。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

系統(tǒng)采用西門(mén)子運(yùn)動(dòng)控制樣機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，模擬智能包裝行業(yè)自動(dòng)灌裝工藝流程，并預(yù)先設(shè)計(jì)灌裝凸輪工藝曲線數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)登錄eCatcher客戶端，選擇名稱(chēng)為FLEXY205_China_Office的遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，連接成功后即可顯示出該網(wǎng)關(guān)下所連接PLC的設(shè)備信息。另外，在客戶端中，還可以實(shí)時(shí)查詢?cè)撡~戶下所管理網(wǎng)關(guān)設(shè)備的在線狀態(tài)以及位置分布圖。

計(jì)算機(jī)與Flexy205網(wǎng)關(guān)建立遠(yuǎn)程連接后，通過(guò)TIA Portal V15.1編程軟件，將預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序遠(yuǎn)程下載到現(xiàn)場(chǎng)的PLC S7-1500T中。在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)位置軸和同步軸電機(jī)分別來(lái)模擬灌裝設(shè)備轉(zhuǎn)盤(pán)和噴管的運(yùn)行軌跡。然后，通過(guò)IE瀏覽器登錄遠(yuǎn)程人機(jī)界面，按照控制流程啟動(dòng)伺服電機(jī)，并設(shè)置系統(tǒng)初始運(yùn)行速度（位置軸速度）為50°/s。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，逐漸增加位置軸的速度，當(dāng)速度達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值（100°/s）時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)發(fā)送報(bào)警郵件到指定郵箱。

4 結(jié)論

本文針對(duì)本地通信控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中的局限性，設(shè)計(jì)了基于Flexy205和S7-1500T的伺服電機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。利用遠(yuǎn)程控制終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)伺服電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警提醒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制效果好，遠(yuǎn)程人機(jī)界面操作簡(jiǎn)單，并可隨時(shí)隨地對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控;不僅可以滿足設(shè)備供應(yīng)商的遠(yuǎn)程調(diào)試需求，同時(shí)方便設(shè)備使用方隨時(shí)隨地監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，從而降低了管理成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

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