基于互聯(lián)網(wǎng)與手機(jī)組態(tài)技術(shù)的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

袁練 李德英 彭威 齊劍斌 張淑姿 肖紅輝

摘? 要：在工業(yè)控制逐漸趨于數(shù)字信息化、智能化、集成化的大時(shí)代背景下，地域和時(shí)間上不受限制的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)成為了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的急切要求。本文以TeamViewer監(jiān)控平臺(tái)為參照，將之與PLC組態(tài)監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)手機(jī)端遠(yuǎn)程監(jiān)控PLC。通過上位機(jī)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對(duì)工況現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過工業(yè)以太網(wǎng)將PLC和組態(tài)軟件進(jìn)行局域網(wǎng)連接，使組態(tài)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)終端數(shù)據(jù)處理技術(shù)緊密結(jié)合，以形成狀態(tài)、數(shù)據(jù)、監(jiān)控、管理于一體的手機(jī)端遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。有效地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)控制狀態(tài)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)查看，極大地提升了PLC控制系統(tǒng)的工作效率和故障維修處理能力。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控;互聯(lián)網(wǎng);PLC;組態(tài)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP277? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）09-0150-03

0? 引? 言

手機(jī)遠(yuǎn)程組態(tài)監(jiān)控技術(shù)是以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，將現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)監(jiān)控技術(shù)和手機(jī)APP技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成雙站式終端視窗狀態(tài)監(jiān)控。它包含遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)管理和性能檢測(cè)三個(gè)方面的應(yīng)用。遠(yuǎn)程監(jiān)控是指在客戶端獲取并調(diào)整遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)。實(shí)時(shí)管理是指通過上位機(jī)的反饋信息對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)工設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)性的操作。性能檢測(cè)是指工程管理人員可通過上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控來(lái)定期地進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。因此，在移動(dòng)智能設(shè)備廣泛普及和功能豐富的現(xiàn)今，將組態(tài)監(jiān)控技術(shù)與手機(jī)客戶端應(yīng)用技術(shù)結(jié)合起來(lái)，打造遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的手機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化有著深遠(yuǎn)的意義。

1? 系統(tǒng)方案的討論和選擇

本系統(tǒng)基于如圖1所示的C/S結(jié)構(gòu)，該模式由上位機(jī)和PLC構(gòu)成的局域網(wǎng)服務(wù)器以及手機(jī)應(yīng)用軟件和組態(tài)監(jiān)控軟件組成的客戶端兩部分組成。通過遠(yuǎn)程組態(tài)信號(hào)采集端獲取PLC運(yùn)行狀態(tài)信息再通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理將采集數(shù)據(jù)交互到互聯(lián)網(wǎng)，然后由手機(jī)APP進(jìn)行數(shù)據(jù)接收處理，或者說將采集數(shù)據(jù)發(fā)到專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，再由手機(jī)APP根據(jù)定義路徑對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問，從而達(dá)到功能目的。本系統(tǒng)基于工控機(jī)端組態(tài)監(jiān)控的基礎(chǔ)，然后通過計(jì)算機(jī)端應(yīng)用配置處理程序?qū)M態(tài)數(shù)據(jù)和一些配置進(jìn)行數(shù)據(jù)處理打包形成云數(shù)據(jù)共享和訪問數(shù)據(jù)空間，最后由手機(jī)組態(tài)應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)組態(tài)并進(jìn)行變量分配。

現(xiàn)今工控主要采取的組態(tài)監(jiān)控方式是通過計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件與PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，我們正是在它的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充，以計(jì)算機(jī)組態(tài)監(jiān)控為主，同時(shí)輔以手機(jī)端實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)操作無(wú)地域信息交互，提高現(xiàn)場(chǎng)工況自動(dòng)控制系統(tǒng)的保障性、安全性、可維護(hù)性、遠(yuǎn)程技術(shù)可處理性等。

以現(xiàn)今計(jì)算機(jī)組態(tài)監(jiān)控為開發(fā)基礎(chǔ)，通過大數(shù)據(jù)云與手機(jī)組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC組態(tài)界面的實(shí)時(shí)狀態(tài)獲取與技術(shù)規(guī)劃處理，再以手機(jī)組態(tài)技術(shù)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行工控技術(shù)化處理，從而形成一個(gè)面向工控的云端手機(jī)APP組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

2? PLC運(yùn)行狀態(tài)與數(shù)據(jù)交互分析

PLC工作方式采用周期性循環(huán)掃描，其控制是對(duì)各個(gè)被控對(duì)象的邏輯狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，其可以歸結(jié)為0態(tài)和1態(tài)。從圖2我們可以推論出，根據(jù)PLC系統(tǒng)配置和用戶程序設(shè)計(jì)要求，外部的每個(gè)信號(hào)都有對(duì)應(yīng)的寄存地址，再通過系統(tǒng)CPU進(jìn)行功能處理。因此，組態(tài)監(jiān)控的實(shí)質(zhì)是對(duì)寄存器的狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)行交互獲取。從根本上來(lái)說，計(jì)算機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件與PLC之間的PC/PPI串口通訊實(shí)質(zhì)就是對(duì)PLC內(nèi)部各相關(guān)寄存器進(jìn)行訪問。就如匯編程序中的MOV指令一樣，把數(shù)據(jù)狀態(tài)位傳送給寄存器。如：MOV AX，3000H。組態(tài)監(jiān)控軟件也正是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令獲取所要操作的數(shù)據(jù)狀態(tài)位，在通過各種圖元?jiǎng)赢媽傩栽O(shè)計(jì)使該圖元作為工作寄存器的動(dòng)態(tài)標(biāo)志。

簡(jiǎn)單來(lái)說，組態(tài)監(jiān)控就是以PLC內(nèi)部各寄存器的狀態(tài)變化為核心，通過數(shù)據(jù)通訊交互使工作寄存器位狀態(tài)信息顯示在屏幕的過程。PLC內(nèi)部寄存器有著各自獨(dú)有的存儲(chǔ)空間地址分配。

如圖3所示，PLC的工作方式基本就是先對(duì)內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行診斷和處理，然后再對(duì)通訊模塊進(jìn)行訪問，檢測(cè)外部通訊，再然后和編程軟件或者組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，下載PLC程序，對(duì)PLC程序進(jìn)行處理和采樣，確定輸入映像寄存器I的狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)I狀態(tài)符合執(zhí)行條件時(shí)，程序執(zhí)行，不斷通過輸出映像寄存器Q的狀態(tài)變化產(chǎn)生高低電平，去使晶體管等開關(guān)方式進(jìn)行合斷，從而驅(qū)動(dòng)控制外部負(fù)載。

如圖4所示，以西門子S7-200PLC來(lái)分析I為輸入寄存器，Q為輸出寄存器，當(dāng)有外部輸入觸發(fā)信號(hào)時(shí)，I的狀態(tài)標(biāo)志被置1，條件滿足，程序執(zhí)行，Q的狀態(tài)標(biāo)志置1，系統(tǒng)檢測(cè)到邏輯執(zhí)行信號(hào)，硬件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行，電路閉合，負(fù)載得電。因此，通過讀取工作寄存器的狀態(tài)我們便可以實(shí)時(shí)獲取整個(gè)PLC工作系統(tǒng)的工作狀態(tài)?？偟膩?lái)說，組態(tài)監(jiān)控是以對(duì)寄存器狀態(tài)進(jìn)行處理包裝配置的過程。

3? 系統(tǒng)框架與功能實(shí)現(xiàn)

為了達(dá)到手機(jī)端實(shí)時(shí)與電腦端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并將其進(jìn)行組態(tài)封裝，必須要有電腦端數(shù)據(jù)采集接入封裝應(yīng)用程序和手機(jī)端訪問處理包裝應(yīng)用程序這些功能，而圖5正充分的反映了這一點(diǎn)。當(dāng)今世界技術(shù)發(fā)展飛速，我們充分學(xué)習(xí)，不斷創(chuàng)新。像向日葵、QQ遠(yuǎn)程協(xié)助、TeamViewer等數(shù)據(jù)交互軟件給了我們很大的啟示和技術(shù)支持，但工控是相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，是以穩(wěn)定性和可靠性為根本的，因此必須要充分考慮到手機(jī)端監(jiān)控的不足和問題，合理的將大數(shù)據(jù)加工技術(shù)與工控的固有特性結(jié)合于一體。

4? 服務(wù)器的功能分析

在遠(yuǎn)程組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中，PLC與服務(wù)器工況計(jì)算機(jī)連接，采用RS-485串行通信標(biāo)準(zhǔn)使計(jì)算機(jī)的COM串口進(jìn)行局域網(wǎng)通信。手機(jī)監(jiān)控應(yīng)用程序通過在線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)保持同步運(yùn)行，實(shí)時(shí)對(duì)組態(tài)監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，生成獨(dú)立的訪問地址，并通過驗(yàn)證連接密碼與目標(biāo)手機(jī)端進(jìn)行關(guān)系確認(rèn)。

同時(shí)利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)出各個(gè)模塊的監(jiān)控與檢測(cè)界面，這就賦予了對(duì)目標(biāo)元件進(jìn)行加工包裝的空間。

5? 手機(jī)端的功能分析

組態(tài)監(jiān)控界面如圖6所示，其清晰的表達(dá)了PLC所控負(fù)載的工作狀態(tài)。但考慮到很多大型PLC控制系統(tǒng)組態(tài)界面，同時(shí)考慮到手機(jī)是電容式的觸摸屏，電容式觸摸屏的漂移現(xiàn)象極大地影響到工控的嚴(yán)謹(jǐn)性，一旦按錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)造成很大的影響。所以，手機(jī)組態(tài)界面的功能操縱不能采用觸摸式驅(qū)動(dòng)，而應(yīng)該選取各位可靠的控制密碼驅(qū)動(dòng)形式，如點(diǎn)擊界面操縱按鈕，界面自動(dòng)彈出控制密碼輸入界面。

根據(jù)手機(jī)的基本特性，我們?cè)诓粩嗉訌?qiáng)對(duì)手機(jī)組態(tài)視控界面的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化，形成操縱固化技術(shù)處理。使手機(jī)監(jiān)控界面效果的觀視、操縱、狀態(tài)信息界面進(jìn)行分流化管理，從而達(dá)到對(duì)手機(jī)界面利用更科學(xué)、更合理、更高效的目的。

6? 結(jié)? 論

將大數(shù)據(jù)處理技術(shù)與組態(tài)監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，形成新一代手機(jī)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義。本文的研究重點(diǎn)在于驗(yàn)證手機(jī)組態(tài)監(jiān)控技術(shù)的可行性和支撐技術(shù)成熟性，也旨在表明此系統(tǒng)用于投放自動(dòng)化工況現(xiàn)場(chǎng)具備很強(qiáng)的實(shí)用性。

手機(jī)遠(yuǎn)程組態(tài)監(jiān)控技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，所涉及的領(lǐng)域極為廣泛，不斷將新興產(chǎn)物融合才是行業(yè)的前景。團(tuán)隊(duì)目前的精力將投入到設(shè)計(jì)功能更為豐富、應(yīng)用更為靈活的監(jiān)控平臺(tái)，進(jìn)一步提高監(jiān)控管理的質(zhì)量和范圍，深挖技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，力爭(zhēng)做出自己的特色和品牌，為迎接工業(yè)5G、為中國(guó)2025的建設(shè)添上亮麗的一筆。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李德英.電氣控制與PLC [M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2016.

[2] 陽(yáng)同光，李德英.PLC技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2017.

[3] 廖常初.西門子人機(jī)界面（觸摸屏）組態(tài)與應(yīng)用技術(shù) [M].（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[4] 王超.基于組態(tài)軟件的PLC虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建 [J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（1）：138-141.

[5] 王加麗，仇潤(rùn)鶴.基于GPRS短消息的溫室環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) [J].微型電腦應(yīng)用，2012，28（5）：20-22.

[6] 賴運(yùn)河，李睿，時(shí)開泉，等.變電站節(jié)水監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的研究與應(yīng)用 [J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015，34（18）：17-18.

[7] 胡向東.傳感器與檢測(cè)技術(shù) [M].（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[8] 姚立波.組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[9] 李江全.組態(tài)軟件KingView從入門到監(jiān)控應(yīng)用50例 [M].北京：電子出版社，2015.

作者簡(jiǎn)介：袁練（1999-），男，漢族，湖南隆回人，本科在讀，研究方向：自動(dòng)控制;通訊作者：李德英（1968-），女，漢族，湖南婁底人，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要研究方向：電氣自動(dòng)化的科研與教學(xué)工作;彭威（1998.06-），男，漢族，湖南醴陵人，本科在讀，研究方向：自動(dòng)控制;齊劍斌（1998.09-），男，漢族，湖南株洲人，本科在讀，研究方向：自動(dòng)控制;張淑姿（1998.11-），女，漢族，湖南溆浦人，團(tuán)支書，本科在讀，研究方向：自動(dòng)控制;肖紅輝（1997.11-），男，土家族，湖南常德人，本科在讀，研究方向：電子信息技術(shù)。