單機PLC遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)的技術(shù)特點及應(yīng)用

邵彥錕，崔洪旺，劉金達(dá)

1 基于4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程通訊

目前，在無線網(wǎng)絡(luò)中，4G最適用于遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)通信，且一般水泥廠廠區(qū)均已覆蓋4G基站信號。4G是目前世界主流的無線通訊方式，其技術(shù)成熟且已得到廣泛的應(yīng)用。4G理論峰值傳輸速率可以達(dá)到下行100Mbps、上行50Mbps，能夠滿足一般水泥廠的數(shù)據(jù)采集工作需要。

利用4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將單機PLC系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)通過加密信道傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)云服務(wù)器，再通過賬戶授權(quán)的方式將信息及控制點分配給不同層級的用戶。此種方式省去了DCS層級繁瑣的配置工作，擁有更高的信息獲取自由度及更加多樣化的控制方式。

2 單機PLC遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)的特點及應(yīng)用

目前可以采取兩種服務(wù)器模式實現(xiàn)單機PLC遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)搭建，即“接管服務(wù)器”模式和“托管服務(wù)器”模式。

2.1 基于“接管服務(wù)器”模式的遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)的技術(shù)特點及現(xiàn)場應(yīng)用

2.1.1 技術(shù)特點

“接管服務(wù)器”模式需在現(xiàn)場PLC柜內(nèi)加裝目前通用的工業(yè)4G路由器，將PLC與4G路由器用以太網(wǎng)連接，搭建遠(yuǎn)程服務(wù)器的工業(yè)信息采集系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)框架，配置參數(shù)，使其與現(xiàn)場的4G路由器建立VPN信道，使PLC和服務(wù)器置身于同一個虛擬局域網(wǎng)段內(nèi)，再配置服務(wù)器對外訪問的接口，即可給用戶提供不同的數(shù)據(jù)訪問或數(shù)據(jù)控制的權(quán)限。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

另外，“接管服務(wù)器”模式需自行搭建和維護數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)的訪問量依托于服務(wù)器的承載能力以及服務(wù)器所在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的狀態(tài)。優(yōu)點是配置自由度高，可擁有服務(wù)器端的最高權(quán)限；缺點是成本高，配置繁瑣，對服務(wù)器所在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有一定要求。

2.1.2 現(xiàn)場應(yīng)用

山東煙臺某水泥廠取料機的遠(yuǎn)程信息監(jiān)控系統(tǒng)就是應(yīng)用的“接管服務(wù)器”模式，該水泥廠的堆取料機進行了全自動堆取料的升級改造，實現(xiàn)了全程無人值守模式。因為堆取料機屬于運動平臺，動力電是通過卷盤內(nèi)的電纜輸送，而信號則是通過短距離低頻無線信號傳輸系統(tǒng)與DCS通訊，通訊的數(shù)據(jù)量有限，無法全面覆蓋PLC內(nèi)的信息。若要實現(xiàn)全自動堆取料過程，則需進行長時間的數(shù)據(jù)監(jiān)控及在線調(diào)試。為此，我們在該項目中增設(shè)了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。圖2為取料機現(xiàn)場運行實況。

該遠(yuǎn)程信息監(jiān)控系統(tǒng)的硬件為315-2PN/DP PLC與工業(yè)4G路由器，通過以太網(wǎng)連接。圖3為取料機PLC柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，黑色盒子即工業(yè)4G路由器，通過吸附在柜體頂部的4G路由器專用天線完成4G信號的傳輸。

該系統(tǒng)的服務(wù)器設(shè)在公司，公司的網(wǎng)絡(luò)是固定的外網(wǎng)IP，由信息中心的總路由器接入，再經(jīng)網(wǎng)管系統(tǒng)保護監(jiān)控，以不同的端口分配給公司內(nèi)網(wǎng)用戶不同的使用權(quán)限。內(nèi)網(wǎng)用戶若想通過服務(wù)器監(jiān)控項目PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)，就需要在網(wǎng)管系統(tǒng)中添加白名單。服務(wù)器和現(xiàn)場4G路由器之間搭建PPTP類型的VPN連接，以連通從現(xiàn)場到服務(wù)器的鏈路。再配置服務(wù)器的信息采集系統(tǒng)，國產(chǎn)工業(yè)SCADA軟件如組態(tài)王、力控、紫金橋等都配有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的功能。以紫金橋軟件為例，先配置PLC數(shù)據(jù)采集的設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)端口以及Web發(fā)布端口，再配置服務(wù)器的IIS發(fā)布功能，激活軟件運行平臺，經(jīng)調(diào)試后，將現(xiàn)場堆取料機的數(shù)據(jù)發(fā)布上網(wǎng)，用戶可通過用戶名和密碼訪問數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺見圖4、圖5，取料機現(xiàn)場觸屏控制畫面見圖6，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺畫面見圖7。

圖1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)鋱D

圖2 取料機現(xiàn)場運行實況

圖3 取料機PLC柜內(nèi)安裝4G路由器

圖4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺客戶端登陸畫面

圖5 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺

圖6 取料機現(xiàn)場觸屏控制畫面

圖7 取料機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺界面

2.2 基于“托管服務(wù)器”模式的遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)的技術(shù)特點及現(xiàn)場應(yīng)用

“托管服務(wù)器”模式使用第三方平臺的云服務(wù)器接收、發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件上PLC與第三方4G遠(yuǎn)程模塊相連，數(shù)據(jù)經(jīng)加密信道傳輸?shù)皆品?wù)器端，設(shè)備工程師和管理人員可通過手機端APP訪問服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，或者經(jīng)由API接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定位置。這種模式的特點是服務(wù)器可全程托管，維護成本低，維護便捷?，F(xiàn)已有多個項目應(yīng)用這種模式進行數(shù)據(jù)采集。圖8、圖9是某生料輥壓機改造項目遠(yuǎn)程采集手機APP端展示的數(shù)據(jù)。

2.3 兩種服務(wù)器模式的技術(shù)對比（表1）

3 基于遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)的設(shè)備維護和專家數(shù)據(jù)分析

基于以上兩種服務(wù)器模式搭建的遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)不僅能夠進行數(shù)據(jù)采集，也是進行設(shè)備維護和專家數(shù)據(jù)分析必不可少的途徑之一。

3.1 設(shè)備維護

設(shè)備工程師可對現(xiàn)場PLC程序進行遠(yuǎn)程維護，如出現(xiàn)重大故障，設(shè)備工程師可遠(yuǎn)程檢查處理，降低設(shè)備停機帶來的不利影響。如圖10所示，設(shè)備維護人員可隨時在線查看設(shè)備維護情況，選擇目標(biāo)項目點擊加入網(wǎng)絡(luò)后，即可對該項目所連PLC進行維護。圖11是設(shè)備維護人員遠(yuǎn)程對現(xiàn)場PLC程序進行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收的畫面。

3.2 專家數(shù)據(jù)分析

在專家數(shù)據(jù)分析方面，任何的第三方系統(tǒng)都可由指定的API接口，通過令牌加密的方式訪問遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這種遠(yuǎn)程方式現(xiàn)已與集團BIM信息平臺對接，圖12所示為BIM平臺接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)界面，BIM平臺將收集到的數(shù)據(jù)信息提供給平臺內(nèi)各領(lǐng)域的專家，再由專家對設(shè)備的運行狀態(tài)、備件報備等做出評估。

表1 兩種服務(wù)器模式的技術(shù)對比

圖9 手機端數(shù)據(jù)歷史趨勢瀏覽

4 結(jié)語

構(gòu)建智能化水泥工廠的基礎(chǔ)是有足夠的信息量以實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的AI算法。通過4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用“接管服務(wù)器”和“托管服務(wù)器”兩種技術(shù)模式搭建單機PLC遠(yuǎn)程信息采集系統(tǒng)，對完善單機系統(tǒng)信息化、智能化具有重要意義，是實現(xiàn)水泥工廠智能化發(fā)展的必要條件。

圖10 設(shè)備遠(yuǎn)程維護軟件界面

圖11 遠(yuǎn)程在線維護

圖12a BIM平臺接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)界面

圖12b BIM平臺接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)界面