物流設(shè)備PLC遠程監(jiān)控平臺構(gòu)建及應(yīng)用研究

摘 要：該文深入探討昆明卷煙廠物流科物流設(shè)備PLC遠程監(jiān)控平臺的構(gòu)建及應(yīng)用。詳細闡述PLC在物流設(shè)備中的關(guān)鍵作用以及面臨的故障問題，強調(diào)構(gòu)建遠程監(jiān)控平臺的緊迫性。全面介紹項目的背景、實施細節(jié)、創(chuàng)新點、實施效果、可推廣性、成果固化情況以及對未解決問題的管控措施，并通過效果驗證證實該項目的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：物流設(shè)備;PLC;遠程監(jiān)控平臺;技術(shù)實現(xiàn);管控措施

中圖分類號：TP277 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）34-0192-05

Abstract： This paper deeply discusses the construction and application of the remote monitoring platform for logistics equipment PLC in the logistics department of Kunming Cigarette Factory. It elaborates in detail the key role of PLC in logistics equipment and the fault problems it faces， emphasizing the urgency of constructing a remote monitoring platform. It comprehensively introduces the background， implementation details， innovation points， implementation effects， promotability， result solidification and control measures for unresolved problems of the project. The effectiveness and feasibility of the project are verified through effect+YdS5/xUu8ZiFUr5lAYDmA== verification.

Keywords： logistics equipment; PLC; remote monitoring platform; technical implementation; control measures

PLC（可編程邏輯控制器）作為工業(yè)控制系統(tǒng)的核心組件，在物流設(shè)備的控制、信息采集和數(shù)據(jù)通信中起著至關(guān)重要的作用。物流設(shè)備的穩(wěn)定運行高度依賴于PLC的精確控制，一旦PLC出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致物流設(shè)備運行異常，甚至無法正常工作，嚴(yán)重影響生產(chǎn)操作的順利進行。然而，昆明卷煙廠物流科面臨著PLC專業(yè)維修人員短缺的問題，這使得快速發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確判斷PLC故障節(jié)點變得極為困難。因此，構(gòu)建一個高效的物流設(shè)備PLC遠程監(jiān)控平臺，對于降低PLC維護的專業(yè)知識要求，幫助維修人員迅速判斷和處理設(shè)備故障，提高設(shè)備運行效率至關(guān)重要。

1 課題背景

PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中的地位舉足輕重，其運行狀況直接影響生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。物流設(shè)備的自動化控制主要由PLC完成，若相關(guān)控制結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響物流設(shè)備的正常運行。昆明卷煙廠物流科是新組建的科室，具備PLC專業(yè)知識的維修人員相對較少，難以快速有效地判斷PLC故障的發(fā)生節(jié)點。目前，物流設(shè)備PLC故障主要發(fā)生在繼電器、接觸器、閘門、開關(guān)等元件或設(shè)備上，以及PLC系統(tǒng)的子設(shè)備、傳感器、電源、地線和信號線的干擾等方面。

通過構(gòu)建物流設(shè)備PLC監(jiān)控平臺并加以應(yīng)用，全面提升企業(yè)對PLC設(shè)備的綜合管控水平，實現(xiàn)各庫區(qū)PLC設(shè)備參數(shù)的遠程綜合采集，有效提高PLC系統(tǒng)的自動化控制水平，進而提高企業(yè)的運營管理水平。同時，通過對相關(guān)區(qū)域PLC控制設(shè)備進行集約化管理，進一步提升PLC控制設(shè)備的智能化程度。

采用工作與研究相結(jié)合、現(xiàn)場與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合、集中與分散相結(jié)合的方式，從現(xiàn)狀調(diào)查、平臺架構(gòu)搭建、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)集成等方面入手，緊緊圍繞遠程編程、在線監(jiān)控、在線仿真、數(shù)據(jù)遠程采集、設(shè)備遠程控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，扎實、有序地推進各項研究任務(wù)。

2 課題實施情況

2.1 課題調(diào)研

目前遠程監(jiān)控技術(shù)的主流是應(yīng)用Internet技術(shù)，在TCP/IP協(xié)議和WWW規(guī)范的支持下，通過訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來獲取信息并做出響應(yīng)。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展將為遠程監(jiān)控系統(tǒng)帶來新的發(fā)展方向，它可以使信息實現(xiàn)本地化處理，改善服務(wù)器性能，提高監(jiān)控的質(zhì)量和范圍。網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)傳感器，國外已有不少儀器公司研制出各種各樣的網(wǎng)絡(luò)化傳感器，而國內(nèi)在這方面尚處于原理研究階段。

2.2 改善措施

2.2.1 需求分析

解決上位系統(tǒng)與PLC通訊協(xié)議、通訊設(shè)置、監(jiān)控平臺的開發(fā)等問題。

上位系統(tǒng)與PLC通訊協(xié)議：明確了設(shè)備信息數(shù)據(jù)格式，包括托盤任務(wù)號、托盤條碼、托盤故障代碼、托盤類型、目標(biāo)地址等信息的傳輸格式。同時，規(guī)定了信息交互區(qū)的格式，包括電控分柜控制的2個柜子對應(yīng)的不同PLC的交互區(qū)格式，以及上位機與PLC之間的信息交互流程和通訊內(nèi)容的最后需包含的上位機寫入序號和PLC處理標(biāo)志。

1）上位系統(tǒng)與PLC通訊協(xié)議。

① 設(shè)備信息數(shù)據(jù)格式。

DB8.DBWX：托盤任務(wù)號（1～30000 計算機系統(tǒng)產(chǎn)生;30001～31000 調(diào)度系統(tǒng)產(chǎn)生;31000 以上電控產(chǎn)生）。

DB8.DBW（X+2）：托盤條碼高字（例如：條碼為11111111=169*65536+35527）。

DB8.DBW（X+4）：托盤條碼低字（例如：條碼為11111111=169*65536+35527）。

DB8.DBW（X+6）：高8位為托盤故障代碼;低8位為托盤類型。

低8位為托盤類型 （1：單個托盤，10：小實托盤，15：大實托盤，2：空托盤組）。

DB8.DBW（X+8）目標(biāo)地址（平面號）X=（設(shè)備號-100）×10。

② 信息交互區(qū)（電控與計算機系統(tǒng)信息交互區(qū)）。

電控分2個柜子控制，對應(yīng)不同的PLC（2個CPU交互區(qū)格式一樣）。上位機將所有需要向PLC下達的信息寫入此區(qū)，當(dāng)PLC收到后，上位機才能寫入下一條，每次通訊都需要一個上位機寫入序號和PLC處理標(biāo)志（放在通訊內(nèi)容的最后）。

③ 標(biāo)準(zhǔn)交互區(qū)。

起始地址：實際站臺（M-100）*10 虛擬站臺見表1。

DB18.DBW104 心跳位0.5s+1 1-30000

DB18.DBW106： 命令碼（表示命令類型，如：

搬運命令=1;信息下達=2;碼垛指令=3;……）

DB18.DBW108： 設(shè)備編號（即設(shè)備平面號）

DB18.DBW110： 任務(wù)號

DB18.DBW112： 托盤條碼高字

DB18.DBW114： 托盤條碼低字

DB18.DBW116：   托盤類型

DB18.DBW118： 目標(biāo)地址

DB18.DBW120： 上位機 寫入序號（計算機

寫入通訊序號，從1到999遞增）

DB18.DBW122： （PLC收到上面的所有信息

后寫入與上位機寫入序號相同的數(shù)字，表示已收到）

④ 32位條碼寫入交互區(qū)。

DB18.DBW196： 命令碼（表示命令類型，如：

搬運命令=1;信息下達=2;碼垛指令=3;……）

DB18.DBW198： 設(shè)備編號（虛擬平面號）

DB18.DBD200： 虛擬容器號

DB18.DBD204： 托盤條碼

DB18.DBB208： 件數(shù)（2位）

….

….

DB18.DBW498： 共計300byte

DB18.DBW500： 上位機 寫入序號（計算機寫

入通訊序號，從1到999遞增）

DB18.DBW502： （PLC收到上面的所有信息

后寫入與上位機寫入序號相同的數(shù)字，表示已收到）

⑤ 拆垛信息寫入交互區(qū)。

DB18.DBW516： 命令碼（表示命令類型，如：

搬運命令=1;信息下達=2;碼垛指令=3;……）

DB18.DBW518： 設(shè)備編號（即2020～2037）

DB18.DBW520： 機器手拆類型

DB18.DBW522： 總數(shù)

DB18.DBW524： 應(yīng)拆數(shù)量

….

DB18.DBW538： 備用

DB18.DBW540： 上位機 寫入序號（計算機寫

入通訊序號，從1到999遞增）

DB18.DBW542： （PLC收到上面的所有信息

后寫入與上位機寫入序號相同的數(shù)字，表示已收到）

/*

* 注：壓縮分兩部分：

* 公共部分：虛擬容器號8位---32bit bit位

0 - 31

* 托盤條碼8位-----32bit

32 - 63

* 件數(shù)（2位）-----16bit

64 - 79

* “91” ---------16bit

80 - 95

* 牌號（6位）-----32bit

96 - 127

* 工廠代碼（8位）-32bit

128 - 159

* 經(jīng)營方式（1位）-16bit

160 - 175

* 寫入日期6位 ---32bit

176 - 207

* 寫入時間6位 ---32bit

208 - 239

* 總計240bit 后面補0湊夠256bit

* 不固定部分：6位日期數(shù)字---20bit

* 9位順序號-----32bit（32湊

夠4的倍數(shù)好轉(zhuǎn)16進制）

* 如果是30件長度為 256 + 52*30 = 1816bit 1816/8 = 227byte

* 40件 ----- 256 + 52*40 = 2336bit 2336/8 = 292byte

*/

2）通訊設(shè)置。包括物理連接、DTU相關(guān)參數(shù)配置和TCP2COM參數(shù)設(shè)置。物理連接通過交換機實現(xiàn)PLC監(jiān)控平臺與PLC控制器的連接;DTU相關(guān)參數(shù)配置包括服務(wù)器端IP地址和端口映射等;TCP2COM參數(shù)設(shè)置涉及虛擬串口、監(jiān)聽端口、串口參數(shù)等的設(shè)置。

① DTU 相關(guān)參數(shù)配置。先將 IP MODEM 模塊斷電，再打開“IP Modem Configue” 軟件，然后再將 IP MODEM 上電，進入配置狀態(tài)，進行服務(wù)器端 IP 地址和端口映射，如圖1、圖2所示。

② TCP2COM 參數(shù)設(shè)置，如圖3—5所示。

3）監(jiān)控平臺的開發(fā)。涉及系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵算法，如SiemensPlcConn類的定義和相關(guān)功能實現(xiàn)。Siemens

PlcConn類提供了一個用于訪問西門子PLC的通信協(xié)議，包括獲取或設(shè)置遠程PLC的IP地址、機架號、槽號、刷新周期等屬性，以及初始化S7連接、外部參數(shù)、定時器、客戶端、請求定義、連接數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)源緩存和多線程同步對象等功能。該類還定義了獲取連接緩存數(shù)據(jù)、刷新連接緩存數(shù)據(jù)的方法，以及處理數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和異常情況的邏輯。

2.2.2 實時數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控

通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，實時采集PLC數(shù)據(jù)到遠程監(jiān)控中心，如圖6所示。具體實現(xiàn)方式為，在PLC控制器中設(shè)置數(shù)據(jù)采集點，將設(shè)備運行過程中的各種參數(shù)，如溫度、壓力、速度等，實時采集并上傳至PLC監(jiān)控平臺。維修人員可以通過監(jiān)控平臺上的數(shù)據(jù)展示界面，直觀地查看設(shè)備的運行狀態(tài)。例如，通過實時監(jiān)測PLC數(shù)據(jù)中的溫度參數(shù)，當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒維修人員及時采取措施，避免設(shè)備因過熱而損壞。

2.2.3 報警與遠程通知

PLC監(jiān)控平臺設(shè)定了多種報警機制，當(dāng)設(shè)備或生產(chǎn)過程發(fā)生異常時，PLC會及時發(fā)出報警信號，并通過網(wǎng)絡(luò)將報警信息遠程通知到相關(guān)人員，如圖7所示。報警信息包括故障類型、故障發(fā)生時間、故障設(shè)備編號等詳細信息，以便維修人員能夠快速準(zhǔn)確地判斷故障情況。例如，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，PLC會立即向監(jiān)控平臺發(fā)送故障報警信號，監(jiān)控平臺接收到信號后，會通過短信、郵件等方式將報警信息發(fā)送給維修人員，同時在監(jiān)控界面上顯示紅色警報，提醒相關(guān)人員注意。

2.2.4 遠程啟停設(shè)備

通過PLC監(jiān)控平臺，維修人員可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備的啟停。具體實現(xiàn)過程為，在監(jiān)控平臺上設(shè)置設(shè)備啟停按鈕，維修人員點擊按鈕后，平臺會向PLC控制器發(fā)送相應(yīng)的指令，PLC控制器接收到指令后，控制設(shè)備的啟停。這種靈活性大大提高了生產(chǎn)車間的管理效率，減少了不必要的人力資源浪費。例如，在設(shè)備需要緊急停機或啟動的情況下，維修人員無需到達現(xiàn)場，只需通過監(jiān)控平臺遠程操作即可，節(jié)省了時間和人力成本。

2.2.5 遠程參數(shù)設(shè)定

通過PLC監(jiān)控平臺，工程師可以遠程調(diào)整控制系統(tǒng)的各種參數(shù)，如圖8所示。具體操作方式為，工程師在監(jiān)控平臺上輸入需要調(diào)整的參數(shù)值，平臺將參數(shù)值發(fā)送給PLC控制器，PLC控制器接收到參數(shù)值后，將其寫入到設(shè)備的控制系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整。這使得工程師可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況和設(shè)備運行狀態(tài)，對系統(tǒng)進行實時調(diào)優(yōu)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。例如，根據(jù)生產(chǎn)需求的變化，工程師可以遠程調(diào)整設(shè)備的運行速度、工作模式等參數(shù)，使設(shè)備更好地適應(yīng)生產(chǎn)要求。

3 項目創(chuàng)新點

3.1 實現(xiàn)PLC遠程監(jiān)控功能

通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)了對PLC運行狀態(tài)、生產(chǎn)過程等參數(shù)的實時監(jiān)測和管理。維修人員可以通過手機、平板電腦或電腦等終端設(shè)備，隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)訪問監(jiān)控平臺，獲取PLC設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，實時了解設(shè)備的運行情況。這使得維修人員能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在問題，并迅速采取相應(yīng)的措施進行處理，提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。例如，當(dāng)PLC設(shè)備的某個參數(shù)出現(xiàn)異常波動時，監(jiān)控平臺會自動發(fā)出警報，并將異常信息發(fā)送給維修人員，維修人員可以通過監(jiān)控平臺查看異常參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，分析異常原因，并遠程調(diào)整設(shè)備參數(shù)，使設(shè)備恢復(fù)正常運行。

3.2 實現(xiàn)遠程控制功能

除了監(jiān)控功能外，本項目還實現(xiàn)了PLC遠程控制的功能。通過網(wǎng)絡(luò)，維修人員可以遠程操作設(shè)備，實現(xiàn)作業(yè)過程的遠程控制。具體實現(xiàn)方式為，在PLC控制器中設(shè)置遠程控制接口，監(jiān)控平臺通過網(wǎng)絡(luò)與遠程控制接口進行通信，發(fā)送控制指令，實現(xiàn)對設(shè)備的遠程控制。這不僅提高了生產(chǎn)車間的管理效率，還減少了現(xiàn)場操作人員的需求，降低了人力資源投入和相關(guān)培訓(xùn)成本。例如，在設(shè)備需要進行調(diào)試或維護時，維修人員可以通過監(jiān)控平臺遠程控制設(shè)備的運行，無需現(xiàn)場操作，大大提高了工作效率。

4 項目實施效果

4.1 提高生產(chǎn)效率

遠程監(jiān)控和控制功能使得維修人員能夠隨時隨地監(jiān)控和操作設(shè)備，及時響應(yīng)和處理異常情況，減少了設(shè)備停機時間，有效地提高了生產(chǎn)效率。例如，在設(shè)備出現(xiàn)故障時，維修人員可以迅速通過遠程監(jiān)控平臺判斷故障原因，并遠程控制設(shè)備進行相應(yīng)的操作，使設(shè)備盡快恢復(fù)正常運行，減少了生產(chǎn)中斷的時間。通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障率降低了30%，生產(chǎn)效率提高了20%。

4.2 降低人力成本

遠程監(jiān)控和控制功能減少了現(xiàn)場操作人員的需求，降低了人力資源投入和相關(guān)培訓(xùn)成本。由于可以通過遠程監(jiān)控平臺對設(shè)備進行管理和控制，不需要在現(xiàn)場配備大量的操作人員，從而減少了人力成本。同時，相關(guān)培訓(xùn)成本也相應(yīng)降低，因為維修人員可以通過遠程監(jiān)控平臺進行在線培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，提高了培訓(xùn)效率。經(jīng)統(tǒng)計，項目實施后，現(xiàn)場操作人員減少了20%，人力成本降低了15%。

4.3 增強安全性

遠程監(jiān)控和控制功能可以實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險并及時處理，降低了事故發(fā)生的概率，提升了工作安全性。通過對設(shè)備運行參數(shù)的實時監(jiān)測和分析，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患，并采取相應(yīng)的措施進行處理，避免事故的發(fā)生。例如，當(dāng)設(shè)備的某個參數(shù)超過安全閾值時，監(jiān)控平臺會自動發(fā)出警報，并采取相應(yīng)的措施，如停止設(shè)備運行，避免事故的發(fā)生。項目實施后，未發(fā)生因設(shè)備故障導(dǎo)致的安全事故。

5 結(jié)束語

通過構(gòu)建物流設(shè)備PLC遠程監(jiān)控平臺，有效地解決了物流科面臨的PLC故障判斷和處理難題，提高了生產(chǎn)效率，降低了人力成本，增強了安全性。項目具有一定的創(chuàng)新點和可推廣性，成果已得到固化，但在網(wǎng)絡(luò)安全方面仍需加強管控。未來，可進一步優(yōu)化平臺功能，拓展應(yīng)用范圍，為企業(yè)的發(fā)展提供更有力的支持。

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第一作者簡介：張玉軍（1987-），男，助理工程師。研究方向為智能物流、設(shè)備管理。

*通信作者：張紹雪（1997-），女，碩士，助理工程師。研究方向為智能物流、信息化建設(shè)。