□ 張迎輝 阮友德 吳益宇

PLC遠(yuǎn)程在線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的研究與實(shí)踐

□ 張迎輝 阮友德 吳益宇

本文介紹了基于Internet技術(shù)的PLC遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建。該系統(tǒng)采用工業(yè)通訊模塊和網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，依托Internet和Siemens PLC強(qiáng)大的通訊能力，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程PLC的在線訪問(wèn)。該系統(tǒng)可在遠(yuǎn)程對(duì)實(shí)訓(xùn)室中PLC進(jìn)行訪問(wèn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)視頻直接觀察PLC及控制對(duì)象的動(dòng)作，完成在線監(jiān)控、調(diào)試等工作。

PLC；遠(yuǎn)程在線實(shí)訓(xùn)；數(shù)據(jù)通信安全

一、研究背景

遠(yuǎn)程教育已進(jìn)入以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為重要教學(xué)手段的階段，但在實(shí)際教學(xué)中也出現(xiàn)了不少值得關(guān)注的問(wèn)題，具體表現(xiàn)在：網(wǎng)上教學(xué)缺乏深度的交流互動(dòng)；教學(xué)形式基本停留在網(wǎng)上提供教學(xué)信息、觀看視頻錄像或利用BBS進(jìn)行簡(jiǎn)單答疑的階段；無(wú)法提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容；實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)教學(xué)無(wú)法滿足學(xué)生需要等方面。

本研究開(kāi)發(fā)了一種基于Internet的PLC遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，能夠較好地滿足了遠(yuǎn)程教學(xué)的要求。該研究以《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程為基礎(chǔ)，課程的難點(diǎn)和重點(diǎn)在于程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，能夠進(jìn)行程序的傳輸、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。基于Internet的PLC遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可使學(xué)員在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上完成PLC程序的編制、上下載，遠(yuǎn)程檢驗(yàn)和調(diào)試。通過(guò)攝像頭可以實(shí)時(shí)觀察到PLC和實(shí)訓(xùn)設(shè)備的工作情況，以驗(yàn)證程序是否正確。構(gòu)建這類實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，需解決工業(yè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程安全傳輸方式和實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法等問(wèn)題，本研究較好地解決了上述難題，為PLC遠(yuǎn)程在線實(shí)訓(xùn)提供了一些可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

二、遠(yuǎn)程在線訪問(wèn)系統(tǒng)的組成

PLC遠(yuǎn)程在線訪問(wèn)系統(tǒng)的組成如圖1所示：主要由PLC、受控對(duì)象、現(xiàn)場(chǎng)攝像頭、遠(yuǎn)程通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議和遠(yuǎn)程訪問(wèn)計(jì)算機(jī)組成。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)裝有Windows XP操作系統(tǒng)，西門子PLC編程軟件和網(wǎng)絡(luò)安全連接協(xié)議（S-link）和PLC實(shí)訓(xùn)室配置遠(yuǎn)程安全通訊模塊SY-RSCM（內(nèi)置S-link安全連接協(xié)議）與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)建立起和本地PLC之間的虛擬局域網(wǎng)VLAN通道。為滿足不同的實(shí)訓(xùn)要求，本系統(tǒng)可分別采用西門子S7-224XP和支持工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)（Profinet）的S7-1200 PLC實(shí)現(xiàn)。S7-224XP本身沒(méi)有以太網(wǎng)接口，為此增配了一個(gè)CP243-1的以太網(wǎng)模塊。而西門子S7-1200 PLC，可直接利用以太網(wǎng)作為編程和通訊接口。遠(yuǎn)程通訊模塊具有交換，路由，防火墻、安全網(wǎng)關(guān)和VLAN等功能，用以建立可編程控制器、攝像頭等設(shè)備與遠(yuǎn)程主機(jī)之間的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VLAN） 通道，從而實(shí)現(xiàn)100Mbps的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)還可由多臺(tái)管理計(jì)算機(jī)和服務(wù)器同時(shí)對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)程通訊模塊下的可編程控制器進(jìn)行訪問(wèn)。

三、遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于Internet PLC遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有如下主要功能：

1.具有遠(yuǎn)程PLC現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能

遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)可通過(guò)PLC的以太網(wǎng)通訊接口與實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)的受控對(duì)象（如氣動(dòng)機(jī)械手等）連接，由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制其動(dòng)作。具有以太網(wǎng)接口的攝像頭，在分配IP后，可連接到遠(yuǎn)程通訊模塊，通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)攝像頭找到適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控畫面，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)員的配合下完成對(duì)受控對(duì)象的遠(yuǎn)程監(jiān)視和遠(yuǎn)程調(diào)試。如圖2所示

圖2 攝像頭對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)視

2.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC的I/O點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)還也可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC的輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，圖3所示為監(jiān)控畫面。通過(guò)該類畫面，可了解現(xiàn)場(chǎng)PLC的輸入、輸出點(diǎn)動(dòng)作是否滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 PLC的輸入、輸出點(diǎn)監(jiān)測(cè)畫面

3.提供一站式的學(xué)習(xí)環(huán)境

雖然該系統(tǒng)通過(guò)Internet、以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程通訊模塊和視頻攝像頭，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程程序上下載和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息的采集、監(jiān)控，達(dá)到了遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)的目的。但為使遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)更加可靠和快捷，研究者將組態(tài)技術(shù)與PLC遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)相結(jié)合，自主開(kāi)發(fā)了仿真實(shí)訓(xùn)軟件，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程電氣線路仿真接線和受控對(duì)象仿真控制，如圖4、圖5。學(xué)生可在遠(yuǎn)程反復(fù)進(jìn)行編程和接線的仿真練習(xí)，熟練后再進(jìn)入遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)。因此本系統(tǒng)能為學(xué)員提供遠(yuǎn)程仿真實(shí)訓(xùn)、PLC輸入、輸出點(diǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、受控對(duì)象動(dòng)作遠(yuǎn)程監(jiān)控和程序的遠(yuǎn)程調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了一站式教學(xué)，收到了事半功倍的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

圖4 遠(yuǎn)程仿真電氣系統(tǒng)接線

圖5 遠(yuǎn)程仿真控制受控對(duì)象

本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)已穩(wěn)定運(yùn)行半年，達(dá)到了預(yù)期效果，受到了學(xué)員及同行的好評(píng)。本系統(tǒng)的特點(diǎn)在于用戶無(wú)需高深的計(jì)算機(jī)水平，即可完成遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)安全的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，系統(tǒng)提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)仿真訓(xùn)練軟件，為遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)提供了必要的前期準(zhǔn)備。該系統(tǒng)提供的遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)建方案和實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法，易用性好，可靠性高，對(duì)提高我國(guó)遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)技術(shù)水平和內(nèi)涵將起到積極的推動(dòng)作用。

[1]崔堅(jiān).西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]遠(yuǎn)程安全通訊模塊SY-RSCM使用手冊(cè).賽遠(yuǎn)自動(dòng)化有限公司.2010：14.

[3]SIMATIC PROFINET系統(tǒng)說(shuō)明.Siemens AG.2006：46-48.

[4]喬曉琳.基于IPSec VPN應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù).VOL.6，No.5，2010，（2）：1072-1074.

2010－10－25

張迎輝，副教授，碩士，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)室主任（518055）。

阮友德，工程師；吳益宇，高級(jí)工程師，深圳賽遠(yuǎn)自動(dòng)化有限公司（518000）。

責(zé)任編輯 柯 南

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