基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文介紹了基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成，從硬件、軟件、通訊三個(gè)方面詳細(xì)研究了該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。最后，通過探討PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用方式說明了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以期促進(jìn)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的發(fā)展。標(biāo)簽：遠(yuǎn)程監(jiān)控；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；PLC控制器；自動(dòng)化0引言PLC即可編程邏輯控制器，它是專門應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)運(yùn)算電子系統(tǒng)。PLC通過可編程存儲(chǔ)單元對(duì)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具有極高的穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)新。PLC控制器能過實(shí)現(xiàn)位置控制、溫度控制、轉(zhuǎn)速控制等控制功能在現(xiàn)代工業(yè)中具有不可或缺的作用。因此，本文研究基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)并針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究。1系統(tǒng)基本組成基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，該系統(tǒng)包括：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊、下位工控機(jī)、工業(yè)MODEM模塊以及上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)四個(gè)部分。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊主要通過連接底層數(shù)據(jù)庫建立數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，包括模塊間的數(shù)據(jù)交互規(guī)則和數(shù)據(jù)讀寫規(guī)則?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采用PLC完成數(shù)據(jù)的采集和控制信號(hào)寫入，通過PLC實(shí)現(xiàn)下位工控機(jī)和現(xiàn)場設(shè)備的連接。下位工控機(jī)是對(duì)生產(chǎn)過程中的電機(jī)設(shè)備、工藝設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)測和控制的具有總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。下位工控機(jī)的主要作用是完成對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)控并負(fù)責(zé)通過工業(yè)MODEM實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。工業(yè)MODEM模塊能夠?qū)崿F(xiàn)上位監(jiān)控機(jī)和下位工控機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。同時(shí)，由于工業(yè)MODEM模塊具有極強(qiáng)的抗電磁干擾能力，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境，被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要作用是監(jiān)測下位機(jī)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)并發(fā)出相應(yīng)的操作控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的控制。2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是通過對(duì)廠區(qū)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以及工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過PLC、下位機(jī)等前端設(shè)備采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后通過相應(yīng)的通信模塊將信號(hào)傳輸至上位計(jì)算機(jī)。最后，上位計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的控制算法得到控制信號(hào)并向下傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備。設(shè)計(jì)基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)首先需要分析監(jiān)控的工藝過程并確定監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)通信鏈路的設(shè)計(jì)。其次，需要根據(jù)具體工程選擇相應(yīng)的設(shè)備型號(hào)，如下位工控機(jī)的性能參數(shù)以及PLC型號(hào)等，設(shè)備的性能與工程通信數(shù)據(jù)量相關(guān)。最后，需要根據(jù)具體工程規(guī)模和控制要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制算法和監(jiān)控界面。設(shè)計(jì)流程如圖2所示。2.1遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)需要分析工程中的被控對(duì)象并確定相應(yīng)的控制要求，根據(jù)信號(hào)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備選擇相應(yīng)的PLC型號(hào)，包括機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等。其中，分析工程中的被控對(duì)象是根據(jù)被控對(duì)象的工藝流程和運(yùn)行特性確定相應(yīng)的要求。通過確定信號(hào)輸入/輸出設(shè)備數(shù)量來選擇PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，如按鈕、開關(guān)、閥門、干接點(diǎn)、信號(hào)燈等。輸入/輸出模塊是PLC與控制對(duì)象進(jìn)行信號(hào)交互的接口，根據(jù)交互信號(hào)的物理性質(zhì)分為數(shù)字量信號(hào)與模擬量信號(hào)。輸入模塊的主要作用是檢測現(xiàn)場設(shè)備的信號(hào)并通過模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電流信號(hào)或電壓信號(hào)。輸出模塊的主要作用是將PLC內(nèi)部電流信號(hào)或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為外部設(shè)備能夠接收的控制信號(hào)，通過該信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。選擇好硬件設(shè)備型號(hào)后還需要設(shè)計(jì)下位工控機(jī)和上位監(jiān)控機(jī)等電器設(shè)備的布置圖、電器互連圖和安裝接線圖。2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測，包括PLC控制器的輸入/輸出信號(hào)、寄存器信號(hào)、中間繼電器等信號(hào)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要有相應(yīng)的控制程序，針對(duì)不同遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)不同PLC控制，而軟件設(shè)計(jì)的主要作用是編寫相應(yīng)的控制程序，同時(shí)在程序中還需要編寫相應(yīng)的檢測功能代碼、故障診斷功能代碼以及保護(hù)和連鎖功能代碼。PLC控制程序分為簡單邏輯控制、順序控制、特殊控制、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)控制等，根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象復(fù)雜程度開發(fā)對(duì)應(yīng)PLC控制程序。例如，目前大部分立庫廠商都在立庫系統(tǒng)使用西門子1200型PLC，因此針對(duì)基于西門子1200型PLC的立庫遠(yuǎn)程監(jiān)控成為監(jiān)控行業(yè)的主要開發(fā)方向。西門子1200型PLC支持TCP/IP以太網(wǎng)通信，包含Idd、Odd、Mdd、DB四個(gè)寄存器塊，每個(gè)寄存器塊對(duì)應(yīng)有相應(yīng)的通道范圍，不同的通道范圍具有不同的讀寫特性以及存儲(chǔ)不同的變量類型。立庫中的現(xiàn)場設(shè)備通過PLC采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)包存入對(duì)應(yīng)的寄存器塊，監(jiān)控系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)好的PLC通訊驅(qū)動(dòng)協(xié)議讀取寄存器塊中的數(shù)據(jù)并傳輸?shù)缴洗稳藱C(jī)交互界面顯示。針對(duì)西門子1200型PLC驅(qū)動(dòng)需要通過VC++6.0進(jìn)行開發(fā)，編寫PLC驅(qū)動(dòng)時(shí)首先對(duì)程序進(jìn)行初始化并創(chuàng)建相應(yīng)的信號(hào)通道。如DBx，y寄存器能夠存儲(chǔ)SHORT、FLOAT、LONG等類型數(shù)據(jù)并能夠?qū)@類數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，x、y范圍為0-65535。創(chuàng)建完信號(hào)通道后，程序進(jìn)入采集段并根據(jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集周期進(jìn)行采集，每個(gè)數(shù)據(jù)的采集周期內(nèi)根據(jù)PLC寄存器模塊通訊協(xié)議編譯數(shù)據(jù)讀取命令代碼，命令代碼與校驗(yàn)碼、地址、校驗(yàn)和、結(jié)束符組成命令集并向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)幀，隨后返回PLC寄存器塊的數(shù)據(jù)包，PLC驅(qū)動(dòng)通過解析數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)讀寫，即完成一次標(biāo)準(zhǔn)通訊。若校驗(yàn)成功將接數(shù)據(jù)通過信號(hào)通道進(jìn)行傳輸并返回通訊成功標(biāo)識(shí)，若校驗(yàn)失敗則返回通訊失敗標(biāo)識(shí)。PCL驅(qū)動(dòng)中數(shù)據(jù)傳輸格式為ASII碼形式并規(guī)定通訊格式為10個(gè)異步通訊，包括1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位以及1個(gè)停止位。其中，數(shù)據(jù)采集命令需要根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行編寫，如發(fā)送命令$016BB且$，0，1，6的ASCII碼分別為24H，30H，31H，36H則校驗(yàn)和為24H+30H+31H+36H=BBH。返回代碼為！00000041則校驗(yàn)和為21H+30H+30H+30H+30H+30H+30H=141H，通訊成功。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)PLC驅(qū)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控。最后，軟件中的控制程序根據(jù)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)計(jì)算控制參數(shù)并向現(xiàn)場PLC發(fā)出控制指令實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的控制。同時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過組態(tài)軟件設(shè)計(jì)相應(yīng)的現(xiàn)場監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。3實(shí)際應(yīng)用與結(jié)論基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時(shí)，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、高效的信號(hào)傳輸、穩(wěn)定的監(jiān)控系統(tǒng)以及便捷的控制操作使得該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中。例如，我國的水利水庫系統(tǒng)大部分還通過傳統(tǒng)的人工檢測的方式進(jìn)行水位檢測，人工將觀測到的數(shù)據(jù)傳到控制中心，控制中心根據(jù)觀測數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)度。人工的方式無法實(shí)時(shí)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，失去了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)由于現(xiàn)場條件惡劣容易出現(xiàn)人員傷亡的情況。采用基于PLC的控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)掌握水庫的水位參數(shù)和閥門開度等運(yùn)行情況，技術(shù)人員無需親自到現(xiàn)場便可遠(yuǎn)程操作設(shè)備，遠(yuǎn)程對(duì)水閥進(jìn)行開啟或關(guān)閉等操作?；赑LC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)極大地提高了生產(chǎn)效率也保障了人員安全。參考文獻(xiàn)：[1]牟宏均.基于PLC的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2016（07）：266-267.[2]王貴成，宋琳，徐心和.一種基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（19）：116-117.[3]王征鋒.基于PLC的遠(yuǎn)