基于PLC的倉庫遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

楊秀爽　欒迪

摘要：隨著當(dāng)代工業(yè)現(xiàn)代化和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，對倉庫門禁設(shè)備、溫度濕度的控制也越來越現(xiàn)代化。該文通過對遠(yuǎn)程控制技術(shù)、TCP/IP協(xié)議、Socket編程等方面進行研究，提出了倉庫遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對倉庫設(shè)備、門禁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，完成對倉庫溫度濕度的監(jiān)測以及空調(diào)系統(tǒng)的控制，并實現(xiàn)了PC端及手機端同時監(jiān)控，增強了倉庫管理的安全性和靈活性，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：PLC;遠(yuǎn)程控制;門禁系統(tǒng);TCP/IP;Socket

中圖分類號：TP29? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）08-0054-02

1 引言

隨著當(dāng)代工業(yè)現(xiàn)代化和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程相關(guān)技術(shù)越來越成熟。在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)并獲取設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，工作人員可在遠(yuǎn)程終端監(jiān)控并管理控制設(shè)備，以達到對現(xiàn)場設(shè)備的控制功能[1]。目前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程實驗室教學(xué)、工廠及倉儲系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理等。

本系統(tǒng)在傳統(tǒng)倉庫管理模式的基礎(chǔ)上，提出了遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。傳統(tǒng)的管理模式人員調(diào)用量大，且只適用于短距離的監(jiān)控管理。而遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)不受時間、空間、地理環(huán)境的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)管理人員無時無刻，不分時間地點地獲得倉庫的實時設(shè)備狀態(tài)，并控制相關(guān)設(shè)備的開啟與關(guān)閉。除了PC端作為上位機進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，系統(tǒng)中還調(diào)用GSM等模塊，將倉庫的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到工作人員的手機端，更加便于及時獲知倉庫的實時情況，有效減少了倉庫的人員調(diào)動，增強了倉庫管理的安全性。

國內(nèi)的相關(guān)技術(shù)也在不斷地發(fā)展進步。費森尤斯卡比華瑞制藥有限公司的徐鍵為了得知藥品的產(chǎn)量，并進行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)顯示及處理，利用MODBUS TCP實現(xiàn)了S7-200Smart與PC間的數(shù)據(jù)通信?，F(xiàn)場的PLC通過MODBUS RTU協(xié)議讀取傳感器的數(shù)值并將查到的數(shù)值存入寄存器。之后通過MODBUS TCP協(xié)議將相關(guān)數(shù)值傳輸?shù)缴衔粰CPC端中。PLC端作為TCP的服務(wù)器，選用VS2010-C#作為上位機的編程和設(shè)計軟件，兩者之間通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)通信[2]。

華南理工大學(xué)的程坤等人基于C/S模式，采用C#編程語言編寫通訊代碼，并設(shè)計了窗體應(yīng)用程序。實現(xiàn)了對建筑中的設(shè)備等進行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控?？蛇h(yuǎn)程控制用電設(shè)備的開啟與關(guān)閉，調(diào)整燈泡亮度，調(diào)整空調(diào)風(fēng)速大小等。有效實現(xiàn)了建筑智能化管理，降低了人力和運營維護成本[3]。

江蘇大學(xué)的朱津津基于以太網(wǎng)的通信，以S7-300作為下位機監(jiān)控并采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，上位機采用Socket編程，兩者之間的通信協(xié)議為TCP/IP。實現(xiàn)了某鋁軋機生產(chǎn)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)管理，能夠?qū)崟r得知現(xiàn)場各個設(shè)備的狀態(tài)，并在發(fā)生危險警報時將消息發(fā)送至員工的手機[4]。

大同市西郊污水處理廠的王芳芳基于PLC+工業(yè)以太網(wǎng)+上位機監(jiān)控的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)了污水廠的遠(yuǎn)程控制，有效提高了運行速度與處理效率。該結(jié)構(gòu)分為三層結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場控制層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和集中監(jiān)控層。采用TCP/IP技術(shù)以及C/S架構(gòu)通信，PLC作為Server端，PC端作為Client端，利用Socket通訊控件和傳輸協(xié)議來尋找Server端地址和端口，從而建立連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換[5]。

2 倉庫遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)總共分為三個部分，如圖1所示，分為下位機數(shù)據(jù)采集、PC機數(shù)據(jù)顯示及控制、手機端App控制。

系統(tǒng)中選用PLC作為下位機，在倉庫現(xiàn)場負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)以及處理遠(yuǎn)程PC端傳輸來的命令。本次設(shè)計采用西門子S7-200Smart作為現(xiàn)場控制PLC，S7-200Smart最為突出的優(yōu)點在于標(biāo)配了以太網(wǎng)接口，便于進行以太網(wǎng)通信，擺脫了傳統(tǒng)的PPI電纜?？梢詫崿F(xiàn)Smart與編程電腦、與其他多臺Smart、與其他西門子產(chǎn)品、與支持TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)品進行通信。

遠(yuǎn)程PC端作為上位機，管理人員可在該PC機上操控倉庫現(xiàn)場的設(shè)備。上位機主要運行上位機軟件，上位機軟件主要分為兩部分：一部分作為TCP的客戶端實現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)交換，一部分作為MQTT服務(wù)器以及MQTT客戶端的搭建，進而與手機端實現(xiàn)通信。

手機App設(shè)置MQTT客戶端，從而可以訪問MQTT服務(wù)器得知實驗的數(shù)據(jù)以及設(shè)備的狀態(tài)，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制倉庫現(xiàn)場設(shè)備等。

3 系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

3.1 PLC端功能設(shè)計

PLC端功能設(shè)計主要是包含PLC端口分配，程序部分主要分為基于MODBUS RTU的通訊程序、TCP服務(wù)器端程序以及手機端App程序。

3.1.1 IO端口分配

3.1.2 MODBUS RTU通訊

采用MODBUS通訊將PLC作為主站，溫濕度傳感器作為從站讀取倉庫的溫濕度。采用03功能碼讀取寄存器的地址，從站溫濕度的起始地址為0X01，則對應(yīng)的讀取地址為40001+1=40002。將讀取到的數(shù)值經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化后得到真正的溫濕度的值，之后可以調(diào)用比較指令模塊，當(dāng)數(shù)值超過限定值時，就接通輸出線圈，觸發(fā)報警。

3.1.3 TCP服務(wù)器端功能設(shè)計

將PLC端作為服務(wù)器端，建立與PC端的連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。TCP功能設(shè)計中采用了TCP_SEND指令和TCP_RECV指令用于服務(wù)器向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。

3.1.4 Socket功能設(shè)計實現(xiàn)

Socket功能設(shè)計主要是在VS2019平臺下基于TCP通訊的相關(guān)技術(shù)以及具體代碼實現(xiàn)。其中包含了TCP連接的建立、讀取PLC中數(shù)據(jù)、向PLC寫入數(shù)據(jù);

在WINFORM界面布局按鈕、提示信息、對話框等。標(biāo)明PLC的IP地址及端口號，并設(shè)置“連接”按鈕;當(dāng)用戶按下“連接”按鈕后，在文本顯示框中顯示“連接進行中……”“連接成功”“連接失敗”等字段，方便用戶知曉連接的具體狀態(tài)。設(shè)置電燈、空調(diào)、門鎖的開關(guān)按鈕，用戶點擊時則調(diào)用客戶端向服務(wù)器相應(yīng)的存儲區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)。設(shè)置四個標(biāo)簽，用于顯示溫濕度的具體信息和報警信息。

當(dāng)“連接”按鈕被點擊時，建立一個用于通訊的Socket，該Socket所對應(yīng)的IP地址及端口號則是文本輸入框中用戶輸入的內(nèi)容。之后調(diào)用Connect（）函數(shù)建立連接并在TextBox中輸出連接成功與否的提示信息。

當(dāng)相應(yīng)設(shè)備的開關(guān)按鈕被按下時，則改變數(shù)組中相對應(yīng)的數(shù)值，并將數(shù)組通過Send（）函數(shù)發(fā)送到PLC。在提示信息顯示欄實時顯示設(shè)備的狀態(tài)。

3.1.5 手機端App設(shè)計

為了實現(xiàn)PC端和手機端的數(shù)據(jù)能夠共享，采用MQTT協(xié)議構(gòu)建服務(wù)器和客戶端，則PC端的MQTT客戶端和手機端的MQTT客戶端能夠通過MQTT服務(wù)器實現(xiàn)訂閱發(fā)布主題從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

設(shè)計MQTT服務(wù)器和MQTT客戶端兩個界面。服務(wù)器界面用于開啟或關(guān)閉服務(wù)器，并在消息欄中顯示具體過程信息。

4 結(jié)論

本文以PLC作為主控設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，設(shè)計了基于TCP/IP協(xié)議的倉庫遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在倉庫無人參與的情況下，遠(yuǎn)程控制倉庫設(shè)備的開啟與關(guān)閉;并獲取倉庫的溫度，在溫度超出設(shè)定溫度時觸發(fā)報警，相關(guān)的設(shè)備信息和報警信息可以實時發(fā)送到管理人員手機App上，實現(xiàn)對倉庫設(shè)備及運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

雖然目前遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)尚不成熟，但卻處于飛速發(fā)展的階段，并且擁有很廣闊的發(fā)展前景。遠(yuǎn)程監(jiān)控的相關(guān)技術(shù)可以擴展到其他更多的方面，比如實驗室的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理;在教學(xué)方面，可以實現(xiàn)實驗室設(shè)備遠(yuǎn)程操作和管理，提高學(xué)生的實驗參與度;在研究方面，當(dāng)涉及生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等一些具有危險性的實驗時，可以使研究人員與實驗環(huán)境相隔離，同時也能實時獲得實驗結(jié)果與數(shù)據(jù);在化工工廠方面，可以有效減少工人的工作負(fù)擔(dān)，意外發(fā)生時也能及時觸發(fā)報警系統(tǒng)并采取相應(yīng)措施?？梢哉f，遠(yuǎn)程監(jiān)控的相關(guān)技術(shù)促進了人工智能與自動化，能夠做到現(xiàn)場無人參與下的監(jiān)控與管理[6]。

參考文獻：

[1] 陳冬梅.基于PLC的計算機通訊監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2017，13（6）：24-26.

[2] 徐鍵.基于Modbus TCP實現(xiàn)S7-200 Smart與PC間的通信應(yīng)用[J].自動化博覽，2017（10）： 70-73.

[3] 程坤，胥布工，李偉勝，等.基于C/S模式的智能建筑用電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].建筑節(jié)能，2017，45（3）：107-110.

[4] 朱津津.基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2016.

[5] 王芳芳.簡析基于PLC和工業(yè)以太網(wǎng)的污水處理監(jiān)控系統(tǒng)[J].大科技， 2020（3）：298.

[6] 劉婷，錢揚義，彭豪.基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實驗室研究：國內(nèi)13年研究回顧[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2013，31（2）：107-112.

【通聯(lián)編輯：梁書】