王征鋒

（中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)浙江有限公司，浙江 杭州 310003）

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

王征鋒

（中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)浙江有限公司，浙江 杭州 310003）

通過(guò)PLC技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)控制。對(duì)此，本文分別從軟件設(shè)計(jì)和硬件構(gòu)成兩個(gè)方面闡述了PLC監(jiān)控的整體框架，分析了該遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置在污水泵站中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出了該系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控；PLC；設(shè)計(jì)；水泵站

隨著人工成本的不斷提高，傳統(tǒng)的監(jiān)控方式已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)需要，因此基于PLC技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在各領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。遠(yuǎn)程監(jiān)控指的是技術(shù)人員通過(guò)安裝在異地的微機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視和操作，該系統(tǒng)能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)、運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障類型進(jìn)行實(shí)時(shí)有效地監(jiān)測(cè)，并且可以及時(shí)預(yù)告或直接排除設(shè)備故障。該技術(shù)不僅有效減少了維修人員的數(shù)量，同時(shí)可使用戶在遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的維護(hù)工作，在極大程度上節(jié)約了企業(yè)的人力和財(cái)力。

1. PLC監(jiān)控的整體框架

依托于PLC技術(shù)，該監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)將距離控制中心幾百甚至上千公里的下位機(jī)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)中的控制中心，而市面上一般的計(jì)算機(jī)串行通信口難以實(shí)現(xiàn)該過(guò)程。目前，該系統(tǒng)常見(jiàn)的傳輸方式有采用衛(wèi)星和微波等無(wú)線傳播方式以及擬載波傳輸，從經(jīng)濟(jì)和性能的角度上考慮，大部分企業(yè)選用模擬載波的傳輸方式。這種傳播方式需要通信的雙方各接入一個(gè)調(diào)制調(diào)節(jié)器，其能夠?qū)LC傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)，然后通過(guò)電話線傳輸。在接收端，這些模擬信號(hào)再次被還原成原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。

1.1硬件設(shè)施

該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以PLC為基礎(chǔ)，并通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)的方式來(lái)完成遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)中的PLC可以將在線數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)快速無(wú)誤地傳輸?shù)缴衔晃C(jī)控制中心，而上位機(jī)可將根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)電話線給下位機(jī)發(fā)送控制指令。

該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)的是EMENSS7-200MicroPLC系列中的7-200PLC芯片，并提供RS-485通信接口。當(dāng)S7-200的工作模式為自由端口通信時(shí)，用戶根據(jù)實(shí)際需求定義通信協(xié)議。這樣不僅使通信的范圍得以擴(kuò)大，而且可以更加靈活、方便地控制系統(tǒng)設(shè)備，還能及時(shí)地進(jìn)行維修。

下位機(jī)端使用RS-485通信端口和RS-232通信端口，并通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)設(shè)定通信時(shí)所需數(shù)據(jù)的位數(shù)值。通過(guò)這種方式將S7-200PLC連接到電話網(wǎng)上，上位機(jī)再通過(guò)RS232通信電纜連接的監(jiān)控微機(jī)和RS-232通信端口，將監(jiān)控微機(jī)接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控微機(jī)和S7-200PLC的數(shù)據(jù)通信。PC/PPI電纜的模式隨著數(shù)據(jù)傳送方向的改變而發(fā)生變化。比如，數(shù)據(jù)從RS-232接口傳輸?shù)絉S-485接口時(shí)，PC/PPI電纜的模式為發(fā)送模式；反之，則為接收模式。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件的主要作用是實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC的輸入輸出信號(hào)，其不僅能接收和監(jiān)控各種信號(hào)，而且還會(huì)向PLC發(fā)出指令，控制其的輸入輸出。

基于Windows平臺(tái)，結(jié)合VC++6.0編程開(kāi)發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件可分為以下4個(gè)部分：（1）可交互的用戶操作界面；（2）通信接口程序；（3）數(shù)據(jù)處理程序；（4）操作程序。其中，通信接口程序的作用是構(gòu)建通信鏈路，同時(shí)控制數(shù)據(jù)的傳遞。數(shù)據(jù)處理程序會(huì)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，再根據(jù)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果向PLC發(fā)出相關(guān)的控制指令。數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行程序則主要用于用戶自定義地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改，并能自動(dòng)更新數(shù)據(jù)庫(kù)、提取部分?jǐn)?shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)還具有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，能夠完成輸出和打印報(bào)表等工作。通信接口程序主要包含初始化串行口、MO-DEM、數(shù)據(jù)打包及發(fā)送、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)及拆包等步驟。因此，接口程序通常采用多線程技術(shù)，該程序在運(yùn)行后會(huì)創(chuàng)建一個(gè)主線程，以此實(shí)現(xiàn)串口的初始化。在這個(gè)過(guò)程中，程序會(huì)進(jìn)行一系列操作，比如打開(kāi)串口、配置串口、初始化MODEM、創(chuàng)建同步對(duì)象等。接下來(lái)，程序會(huì)設(shè)置通信路程，由該通信路程實(shí)現(xiàn)對(duì)通信事件的監(jiān)控和響應(yīng)，一旦接收到新數(shù)據(jù)，它就會(huì)向主線程發(fā)送自定義消息。同樣，當(dāng)發(fā)送緩沖區(qū)空時(shí)，程序也會(huì)向主線程序發(fā)送相應(yīng)的自定義消息。當(dāng)數(shù)據(jù)通信完成后，主線程序會(huì)將通信線程清空。

2. 基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分析

鑒于PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)上起的重要作用，PLC也被廣泛應(yīng)用于污水泵站等相關(guān)行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制中。

該系統(tǒng)利用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制終端，上位機(jī)的主體是工控PC機(jī)，且該系統(tǒng)基于串行異步的通信協(xié)議，使用一一對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。下位機(jī)和安裝于現(xiàn)場(chǎng)的閥門(mén)站，則依靠主機(jī)發(fā)出的指令以及自身的控制程序進(jìn)行工作。主體工控PC機(jī)必須安裝在污水泵的控制中心，并且和各個(gè)閥門(mén)站的PLC從體機(jī)保持緊密聯(lián)系。通過(guò)這種方式，主體和從體構(gòu)成一個(gè)完整的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。

在構(gòu)建污水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，還要思考A/D轉(zhuǎn)換。由于該模塊要與PLC配套，所以要選擇具有獨(dú)立分差輸入的4個(gè)通道模塊設(shè)計(jì)型號(hào)（FX2N-4AD）。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，還要在各個(gè)閥門(mén)的正確位置或者管線處裝上流量和溫度的傳感器，用于監(jiān)測(cè)管理污水管線的實(shí)時(shí)排放狀態(tài)。

該系統(tǒng)采用SMC多回轉(zhuǎn)型閥門(mén)的電動(dòng)裝置，該電動(dòng)裝置可以同時(shí)對(duì)多臺(tái)機(jī)器進(jìn)行控制，而且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，該裝置能夠?qū)⒆陨淼臓顟B(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給PLC，這樣就可以遠(yuǎn)程監(jiān)控其實(shí)時(shí)狀態(tài)。污水泵站則需要現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合，因此一般采用12路輸入信號(hào)端口和8路輸出信號(hào)端口。系統(tǒng)主體對(duì)各從體的監(jiān)控均采用現(xiàn)場(chǎng)控制與遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的方式。以遠(yuǎn)程控制方式為例，該系統(tǒng)中的傳感器感應(yīng)到信號(hào)后，會(huì)通過(guò)屏蔽電纜將測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送出去，信號(hào)到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器模塊的輸入端會(huì)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)，最后送入寄存器保存，以便PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取。

隨著科技的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不僅僅停留在理論層面，污水泵站的應(yīng)用只是其應(yīng)用的一個(gè)折射?；赑LC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)還可廣泛應(yīng)用于其他工業(yè)部門(mén)，并且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，該系統(tǒng)會(huì)得到越來(lái)越廣泛地使用。

3. 應(yīng)用過(guò)程中的注意事項(xiàng)

3.1工作環(huán)境中的注意問(wèn)題

（1）工作環(huán)境的溫度對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)行非常重要。由于PLC模塊的正常工作范圍要保持在0～55℃之間，因此我們要注意控制系統(tǒng)周圍的環(huán)境溫度。

（2）工作環(huán)境的濕度也要得到嚴(yán)格地控制。由于該系統(tǒng)具有較多的金屬設(shè)備，如果不能保持空氣的干燥，金屬表面會(huì)產(chǎn)生露珠，使設(shè)備的絕緣性受到干擾，容易使系統(tǒng)發(fā)生故障。

（3）該設(shè)備還要注意減震問(wèn)題。解決運(yùn)行過(guò)程中的減震問(wèn)題，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行十分重要，因此在施工現(xiàn)場(chǎng)一定要使設(shè)備遠(yuǎn)離震動(dòng)源。

（4）空氣質(zhì)量也要得到充分地保障。即空氣中的灰塵和污染性氣體的量要嚴(yán)格控制，避免電氣元件發(fā)生短路。

（5）電源要有足夠高的安全性。在使用過(guò)程中，電源應(yīng)嚴(yán)格遵守PLC的使用規(guī)則，且在施工中進(jìn)行規(guī)范化操作。

3.2系統(tǒng)中的防干擾

系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)存在很多干擾，如強(qiáng)電干擾、柜內(nèi)干擾等。以強(qiáng)電干擾為例，空間環(huán)境惡劣會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成極大地干擾和影響，使電網(wǎng)中線路的電壓發(fā)生變化。這會(huì)造成系統(tǒng)工作時(shí)出現(xiàn)誤差，有時(shí)還會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的損害。此外，柜內(nèi)的干擾也會(huì)對(duì)該設(shè)備造成很大的影響，機(jī)柜內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜的線路會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)弱不定的電磁干擾，進(jìn)而給電氣設(shè)備的整體運(yùn)行帶來(lái)影響。當(dāng)接地方式發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)對(duì)信號(hào)造成較大程度地影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成PLC無(wú)法正常工作。因此，從線路布置、機(jī)柜布置等方面做好系統(tǒng)的防干擾措施，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)整體的穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。

結(jié)語(yǔ)

基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了異地監(jiān)測(cè)和控制中心的數(shù)據(jù)交換，能異地讀取自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)時(shí)工作信息，并且能向PLC傳送控制系統(tǒng)傳送令。該系統(tǒng)在污水泵站中的使用取得了很好的效果，但在具體操作過(guò)程中，存在很多要求，需要嚴(yán)格控制，而且還存在一些干擾問(wèn)題未能得到很好地解決。隨著自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

［1］趙越.基于PLC的污水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究［D］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，2011.

［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，2015（9）：116-117.

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