郅富標

(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院，河南 焦作 454000)

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PLC遠程控制系統(tǒng)設計

郅富標

(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院，河南 焦作 454000)

為滿足工業(yè)遠程網(wǎng)絡監(jiān)控的快速發(fā)展需求，設計一種基于網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess的遠程異構式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。首先以分布式控制為指導思想，確定自下而上的分層控制方案，以RS485和Profibus現(xiàn)場總線連接底層設備，以MCGS和WinCC構成中間控制層，最后以WebAccess完成遠程控制。采用中間件技術實現(xiàn)不同組態(tài)軟件之間的數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)綜合調(diào)試結果顯示，該系統(tǒng)集成方案合理，實現(xiàn)了雙向遠程數(shù)據(jù)信息的交互，系統(tǒng)整體滿足設計要求，設計思路有較強的新穎性和實用性。

WebAccess；PLC；遠程監(jiān)控；分布式控制；組態(tài)軟件

引言

計算機網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展給控制系統(tǒng)領域帶來了一些列變革，其與控制技術的融合誕生了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。目前網(wǎng)絡控制系統(tǒng)主要包括PLC網(wǎng)絡，分散控制網(wǎng)絡，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡以及工業(yè)以太網(wǎng)等?；贗nternet的網(wǎng)絡技術正在被廣泛應用，同時伴隨現(xiàn)場總線技術，信息交互中間件技術，組態(tài)軟件技術，Web遠程操作等技術的彼此交叉影響，為將傳統(tǒng)控制系統(tǒng)推向更加智能化、多元化、集散化創(chuàng)造了條件。通用工業(yè)組態(tài)軟件的集成度和兼容性越來越高，大大節(jié)省了工業(yè)控制系統(tǒng)的周期。作為一種專業(yè)編程和組態(tài)軟件平臺，組態(tài)軟件支持多種通訊協(xié)議，并兼容眾多工業(yè)產(chǎn)品，為用戶實現(xiàn)多設備互聯(lián)提供了有力支持。借助組態(tài)軟件可快速開發(fā)出具有圖形，圖標，趨勢曲線，實時數(shù)據(jù)庫，報警信號，報表存儲等功能的可視化控制界面，并可通過Web瀏覽器方便的實現(xiàn)遠程監(jiān)控，相關編程人員不需要掌握復雜的編程語言，只需要以類似“搭積木”的方式針對待設計的系統(tǒng)進行系統(tǒng)拼接，并完成簡單的接口參數(shù)設置即可。伴隨越來越多主流廠商的加入和主動開發(fā)其自身協(xié)議接口，相信組態(tài)軟件在未來將被不斷賦予新的內(nèi)容。

1.整體系統(tǒng)設計

系統(tǒng)整體設計對象是面向PLC底層控制的基于計算機網(wǎng)絡技術的遠程綜合控制系統(tǒng)，上位機程序利用WebAccess開發(fā)，采用三菱FX2N型號的PLC作為底層控制網(wǎng)絡，并以多關節(jié)機械手為對象的物流管控系統(tǒng)設計作為應用對象，驗證整體系統(tǒng)的可行性，而在物流管控系統(tǒng)，選用的是西門子S7-200型號的PLC。整體工作包含三大部分內(nèi)容：

(1)搭建基于三菱FX2N PLC的網(wǎng)絡綜合控制系統(tǒng)；

(2)以物流管控系統(tǒng)為具體應用對象，組建基于西門子S7-200 PLC和現(xiàn)場總線技術的多關節(jié)機械手及碼垛自動物流系統(tǒng)。

(3)實現(xiàn)異構系統(tǒng)集成以及中間件信息交互，完成整體遠程監(jiān)控系統(tǒng)滿足基于Internet的遠程測控。

2. 現(xiàn)場底層控制系統(tǒng)設計

2.1 基于三菱FX2N PLC綜合控制網(wǎng)絡

采用三菱FX2N PLC是完成下位多臺獨立PLC分別控制不同的現(xiàn)場設備構成各個從站，通過485網(wǎng)絡通信，構成1：N網(wǎng)絡系統(tǒng)，最終將各從站統(tǒng)一交由一臺上位機進行監(jiān)控，并定義為通信網(wǎng)絡主站。整體網(wǎng)絡采用專用協(xié)議和計算機進行連接，一個主站最多可搭載16個獨立PLC控制系統(tǒng)。各從站PLC之間的連接是通過FX2N-485-BD模塊自帶接口實現(xiàn)，構成下位機RS485網(wǎng)絡，各站獨立數(shù)據(jù)延伸通信距離不超過50米，若不使用FX2N-485-BD模塊，則最大延伸距離可擴展為500米，所以如果現(xiàn)場設備要求的通信距離大于50米時，可通過485通信網(wǎng)絡對通信距離進行延伸擴展，以從最大程度上發(fā)揮PLC現(xiàn)場工作優(yōu)勢。

2.2 多關節(jié)機械手物流倉儲管控系統(tǒng)

以現(xiàn)代物流倉儲為實際應用對象，設計面向自動化立體倉儲的實驗裝置平臺，構建物流信息實時管理與監(jiān)控系統(tǒng)，整體設計方案如圖1所示。

圖1 實時物流倉儲管理系統(tǒng)結構示意圖

監(jiān)控層內(nèi)部采用WinCC和數(shù)據(jù)庫相配合的DDE通信管理模式，監(jiān)控層和控制層之間的三個西門子S7-200 PLC構成PROFIBUS- DP控制網(wǎng)絡，分別控制堆垛機、機械手和輥道輸送機三個具體的設備對象，最終通過EM277擴展模塊連接到PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線上。整體物流倉儲管理系統(tǒng)以配置有WinCC HMI/SCADA的PC機作為上位機，通過插在主機箱內(nèi)的CP5611網(wǎng)卡與下層S7-200 PLC通過EM277 DP模塊進行連接和通信。

3. 上層綜合監(jiān)控與通信網(wǎng)絡設計

針對中間控制層和遠程監(jiān)控層兩個不同級別的控制網(wǎng)絡系統(tǒng)，為了保障網(wǎng)絡化協(xié)調(diào)發(fā)展，達到網(wǎng)絡資源最優(yōu)配置，實現(xiàn)易操作的遠程監(jiān)控，結合用戶對于系統(tǒng)集成、分布式控制、集中管理、獨立分層設計等具體要求，提出基于MCGS，WinCC，WebAccess，OPC中間件技術，以太網(wǎng)技術以及互聯(lián)網(wǎng)接入技術的綜合遠程網(wǎng)絡構建方案。

3.1 基于WebAccess網(wǎng)際組態(tài)軟件遠程監(jiān)控方案

在當前眾多組態(tài)技術各自占據(jù)一部分市場的大背景下，通過綜合分析和比較三種解決方案，最終選取性能最優(yōu)的WebAccess網(wǎng)際組態(tài)軟件作為本系統(tǒng)的首選軟件。為了更好的驗證選擇方案的最優(yōu)性，現(xiàn)以三種解決方案為例，進行分析評述。

(1)MCGS網(wǎng)絡版組網(wǎng)方案：

MCGS組態(tài)軟件自身具有WWW網(wǎng)絡版的功能，通過此網(wǎng)絡版設計的控制系統(tǒng)具有Internet遠程瀏覽的功能，能夠通過搭載于任何一臺接入互聯(lián)網(wǎng)的IE瀏覽器進行遠程瀏覽與操作控制，它是一種基于瀏覽器/服務器(B、S)的通信模式。開發(fā)者在MCGS網(wǎng)絡版中對HTTP等參數(shù)進行設置，啟動運行工程。遠端用戶只需打開IE瀏覽器，在地址欄輸入運行工程的用戶的IP，就能實現(xiàn)直接訪問此計算機，進一步可瀏覽到工程中設定好的組態(tài)畫面，以此完成基于MCGS網(wǎng)絡版的遠程組網(wǎng)，在安全性方面，開發(fā)者可以通過給用戶設定不同的訪問權限或設置登陸密碼的方式維護系統(tǒng)的安全。該方案是一種最基礎的簡單、快速遠程組網(wǎng)方案。

(2)WinCC服務器方案

WinCC的客戶機/服務器結構(CS)是一種較廣泛應用的服務器型網(wǎng)絡結構。所謂服務器型，就是通過功能較普通PC更為強大的服務器作為控制主站，其高性能優(yōu)勢在高速運算能力、長時間不間斷可靠運行、外部大數(shù)據(jù)吞吐能力等方面得到很好的展現(xiàn)。采用WinCC服務器方式建立網(wǎng)絡結構，可以保證物流系統(tǒng)的整體一致性。

(3)WebAccess綜合開發(fā)方案

WebAccess是集成功能強大的網(wǎng)際監(jiān)控軟件，可以將被監(jiān)控的底層三菱系統(tǒng)主站PC機作為Server，并設置另一臺PC機作為Client，整體采用OPC中間件技術、DDE決策技術等通訊模式進行綜合組網(wǎng)。

3.2 物流倉儲遠程監(jiān)控設計方案

所提物流管理系統(tǒng)采用西門子S7-200 PLC作為主要硬件控制單元，軟件設計單元則采用OPC中間件通訊模式，利用中間件技術，將監(jiān)控物流系統(tǒng)的一臺PC機作為WinCC OPC Server，另一臺PC機作為WebAccess OPC Client，構建如圖2所示現(xiàn)代遠程物流管理系統(tǒng)。

如圖所示，所提設計方案采用WebAccess網(wǎng)絡構架中的單機系統(tǒng)，遠程用戶可以通過以太網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，使用PC系統(tǒng)自帶的IE瀏覽器進行遠程編程和參數(shù)設計。通過帶WinCC的上位機將PLC底層設備中的信息經(jīng)以太網(wǎng)保存，或者傳送到WebAccess單機系統(tǒng)中，最終同樣采用如前文所述的將WebAccess作為服務器以HTTP、FTP、HTML等協(xié)議方式經(jīng)以太網(wǎng)傳給遠程客戶機信息。為了使系統(tǒng)更加完善，同樣考慮將網(wǎng)絡系統(tǒng)設計成冗余網(wǎng)絡以增強系統(tǒng)的可靠性。

4. 系統(tǒng)功能調(diào)試

在完成不同網(wǎng)絡層的獨立設計后，對整體系統(tǒng)進行了組裝和調(diào)試。與其余方案對比，所選方案采用研華公司開發(fā)的WebAccess網(wǎng)際組態(tài)軟件，其系統(tǒng)構架網(wǎng)絡層次分明有著很好的優(yōu)越性，便于控制與管理，其強有力網(wǎng)絡通訊功能給我們提供了巨大支持，在獲取WebAccess授權后，幾乎不需要其他多余的硬件設施即可完成網(wǎng)絡系統(tǒng)的構建，同時研華公司對WebAccess的授權只需要一次性購買，其后再無點數(shù)限制，可享受無限點待遇。冗余系統(tǒng)設計是WebAccess的最大亮點，不僅使用方便，更具有高可靠性。

結語

本文針對工業(yè)現(xiàn)場實時遠程控制的時代需求，設計一套基于網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess的遠程異構式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。具體工作和實現(xiàn)策略包括：基于三菱FX2N PLC構成綜合網(wǎng)絡底層現(xiàn)場控制系統(tǒng)，基于西門子S7-200 PLC和現(xiàn)場總線技術的多關節(jié)機械手及碼垛現(xiàn)代自動物流倉儲管理系統(tǒng)，基于MCGS和WinCC的組態(tài)軟件編程實現(xiàn)的中間監(jiān)控層，將由兩個異構系統(tǒng)集成實現(xiàn)最上層遠程監(jiān)控層。系統(tǒng)整體具有分布式控制，集中管控，分層獨立設計，冗余網(wǎng)絡，防火墻維護和遠程監(jiān)控等特點，達到了設計預期要求。

PLC Remote Control System Design

ZHI Fu-biao

(Henan College of Industry and Information Technology, Jiaozuo 454000, China)

To meet the demand of the rapid development of industrial network remote monitoring, a kind of remote monitoring system based on the configuration software WebAccess heterogeneous network is designed. First of all, according to the guiding thought of distributed control, bottom-up hierarchical control scheme is determined, with RS485 and Profibus fieldbus connecting the underlying equipment, with MCGS and WinCC forming the intermediate control layer, finally using WebAccess to complete the remote control. Middleware technology was adopted to realize the data interaction between different configuration software. System integrated debugging results showed that the system integration scheme is reasonable, realizing the two-way interaction of remote data information, the overall system meets the design requirements, and design has strong novelty and practicality.

WebAccess; PLC; remote monitor; distributed control; configuration software

2016-04-20

郅富標(1976- )，男，碩士，河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院講師，從事煤礦井下供電、電氣自動化的教學及研究。

TN911.7

A

1671-3974(2016)03-0068-03