基于物联网上位APPPLC的远程控制系统设计

　　０　引言
　　随着工厂设备不断朝着大型化、复杂化和自动化方向发展，设备的运行监控和维修难度日益增大，传统的设备故障事后维修与计划维修已经不适应精益生产
　　需求，采用物联网 上位机 APP PLC 的远程控制系统来辅助设备运行监控，可进行设备状态实时监控、数据实时采集、故障实时微信推送、程序实时远程修改，保证设备的正常运转，避免过度维修和维修不及时给企业造成不必要的浪费。
　　文献［１］研究了基于物联网 APP的设备状态监管系统，实现了智能移动终端监控 设备的管理功能。
　　文献［２］研究了基于物联网的远程 PLC 控制系统设计，与传统控制系统相比具有实时性、安全性、稳定性等方 面 优 势。
　　文 献 ［３］研 究 了 DCS 控 制 系 统 与Ｓ７－200PLC的通信实现及应用，解决了不同生产装置孤岛运行、数据无法交换的问题。
　　以上文献从物联网、APP、上位机、PLC 各自角度解决传统自动化控制存在的问题，但是没有将各系统连接组成一个完整的系统，使其既能解决智能移动终端监控问题，又能解决不同生产装置数据交换、统一监控问题，同时又能得到厂家的实时远程维护及技术支持。因此研究基于物联网 上位机 APP PLC的远程控制系统对生产企业具有重要意义。
　　１　远程控制系统功能
　　（１）多地监控控制功能：系统可选择车间控制室、中央控制室、智能手机终端、设备厂家云端多处上位机监控控制。远程控制系统网络拓扑图如图１所示。
　　（２）程序远程监控、修改功能：系统可通过云端远程在线监控程序、修改程序、诊断故障。
　　（３）故障微信推送功能：系统故障信息可以通过微信实时推送给 APP用户。
　　（４）多级密码功能：根据设备运行维护需要，设置了操作员、管理员、工程师等多级密码，分权限实现设备监控、设备控制、参数修改和厂家维护等多级监管，确保了系统的安全稳定运行。
　　（５）历史报表和故障记录功能：车间上位机、中控室上位机、厂家云端上位机组态王软件及智能手机终端都可以通过选择时间查询历史报表和历史 报警信息，方便设备故障诊断。
　　（６）接口丰富：系统485接口可通过Modbus RTU协议与DCS通讯，ＲＪ４５网口可通过TCP/IP协议与多台局域网的上位机通讯，
　　图１　远程控制系统网络拓扑图
　　２　远程控制系统硬件设计
　　２.１　下位机设计
　　下位机选用西门子200SMART系列CPUST60PLC、SBCM01MODBUS
　　通讯信号板 、广州巨控GRM533Y-C智能远程控制终端、EMDT32开关量输入输出模块、EMAE08模拟量输入模块、西门子 V20变频器，各类带回讯器功能气 动球阀／蝶阀、各类温 度 和 压力变送器、各类磁翻板液位计等。
　　２.2　上位机设计
　　车间上位机选用亚控科技Kingview软件，中央控制室选用浙大中控 ECS-700DCS系统，手机APP用
　　户采用巨控科技的云端 APP软件，设备厂家云端上位
　　机同样选用亚控科技kingview 软件。
　　３　远程控制系统软件设计及编程
　　３.１　PLC与 DCS　MODBUS RTU 通讯
　　西门子 200SMART PLC 通 过SBCM01信号板（Port１口）与浙大中控ECS-700系统通讯，成为DCS的MODBUS RTU从站。要实现 MODBUS RTU通讯，需要使用STEP 7－Micro/WIN　SMART Instruction Library（指令库）。MODBUS RTU 从站通讯指定变量地址为 40000~49999，变量为读写属性，掉电保持。
　　200SMART PLC MODBUS RTU从站通讯程序如下：
　　（１）200SMART　PLC作为 DCS从站，编程时先用SM0.1调用子程序 MBUS-INIT指令使能并初始化MODBUS从站，并指定相应参数，只在第一个扫描周期执行一次。200SMART　PLC初始化通讯程序如图２所示。
　　（２） 编程时用 SM0.0调用子程序 MBUS_SLAVE指令，处理来自 MODBUS 主站的请求，EN输入接通后，每次扫描时执行该指令。200SMART PLC MODBUS初始化完成检查程序如图３所示。
　　图２　200SMART　PLC初始化通讯程序
　　图３　200SMART PLCMODBUS初始化完成检查程序
　　３.２　PLC与变频器USS通讯
　　SINAMICS V20可通过RS485接口的USS协议与西门子 PLC通讯。变频器通过参数设置为RS485接口选择USS 或者 MODBUS RTU 协议，USS为默认总线设置。PLC 通过CPU本体集成的通讯端口（Port０）与变频器连接，通过通讯既可以设定频率、启停电机，也可以读取电机转速、频率、散热器温度等状态。200SMART　PLC USS主站通讯程序如下：
　　（１）编程时先通过 SM0.1调用USS_INIT子程序指令，启用和初始化变频为USS 通 讯。200SMART PLC USS初始化程序如图４所示。
　　图４　200SMART PLC USS初始化程序
　　（２）编程通过SM0.0调用子程序USS_CTRL指令驱动变频器，并指定参数控制变频器启停、故障复位，速度给定。PLC 控制激活变频器USS 通讯程序
　　如图５所示。
　　图５　PLC控制激活变频器USS通讯程序
　　３.3　PLC与组态王TCP/IP通讯
　　组态王基于网络的概念，是一种真正的客户－服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，可运行在基于 TCP/IP 网络协议的网上，使用户能够实现上、下位机以及更高层次的厂级联网。200SMART PLC与业主车间上位机 kingview 软件采用 TCP/IP协议通讯，PLC的地址与kingview 的软件地址设定在
　　同一网段即可与 PLC成功通讯。另外，需要注意的是组态王软件需要改写西门子200PLC 驱动文件，这样才支持与200SMART PLC TCP/IP 通讯，具体修改
　　KVS200记事本内容如下：
　　［192.168.2.1:0］
　　／SMART
　　LocalTSAP=0200
　　RemoteTSAP=0200
　　TpduTSAP=000A
　　SourceTSAP=0009
　　改写完成以后保存，如果有多台 PLC 需要连接，需要将其地址一一写出。然后在 kingview 文件中安装新的200PLC 驱动文件，驱动安装完成后，用网线
　　连接上位机和 PLC 的网口，上位机即与200 SMART PLC通讯成功。
　　３.4　PLC与远程通讯智能终端TCP/IP通讯
　　西门子PLC与巨控远程通讯智能终端 TCP/IP连接，巨控远程通讯智能终端和 PLC使用厂家 TCP/IP协议通讯，然后通过内部加密压缩的形式和客户端进行数
　　据交互，因此在网络上始终传输的是加密压缩的数据流，相对透传模块，不仅可以节省流量，还可以从根本上避免网络层监听直接获取 PLC通讯数据的可能。首先安装远程通讯终端配置软件，安装完成后，用账号密码登录服务器，并配置虚拟网卡参数，如图６所示。
　　软件配置 PLC、业主车间上位机、设备厂家上位机在远程通讯智能终端设定了同一地址网段，并将设置参数下载至远程通讯智能终端服务器。工程师登录
　　服务器后通过建立的虚拟局域网进行远程监控、下载PLC程序、故障诊断。
　　３.5　PLC与APP通过云端服务器连接
　　PLC与巨控APP应用程序基于物联网模块通过云端服务器连接，利用APP开发软件建立变量地址，设置 APP页面布局，显示数据、负载状态、设备状态、
　　参数设定、远程控制、故障显示、报警短信、历史趋势、历史数据等，登录系统账户下载至远程通讯智能终端服务器中，手机APP即可监控设备运行状况。APP
　　显示如图７所示。
　　在软件开发界面编辑报警短信并下载至服务器，APP用户关注物联网模块厂家公众号，接收报警短信微信推送，设备故障时即可通 过 微信推送给APP用
　　户，如图８所示。
　　3.6　PLC与远程上位机通过云端OPC通讯
　　设备厂家云端上位机软件通过远程通讯终端OPC管理器读取OPC 服务器数据地址，写入设备厂家云端上位机数据库，这样设备厂家云终端上位机就可以实时监控各现场设备运行情况。远程通讯终端OPC管理器如图９所示。
　　４　结语
　　基于工业物联网技术结合上位机、APP、PLC的设备远程控制系统与传统控制技术相比，实现了生产车间、中控室、运维人员、工程师、设备厂家云端上位机
　　对设备的监控控制。但其也有缺点：多种通讯协议转换、通讯速率低。随着工业自动化的发展，TCP/IP协议或 MODBUS　TCP/IP协议能够兼容各厂家自动化产品，设备间的数据交换将会变得更加简洁方便。总体来说基于物联网的多方远程控制方式能够在工业自动化生产过程中得以运用，说明物联网环境下设备多方远程监控控制有着广阔的前景，工业设备不再是冰冷的机器，万物互联将是工业自动化的未来，工业自动化即将进入全新的时代。
　　参考文献：
　　［１］　林春荣，杨晓英，张志文．基于物联网 APP的设备状态监管系统［Ｊ］．机械设计与制造，２０２０（４）：２９４－２９７．
　　［２］　王嘉炜，邓若飞．基于工业物联网技术的远程 PLC 控制系统设计［Ｊ］．科技与创新，２０１８ （６）：１２７－１２８．
　　［３］　赵劲松，田龙，司华良．DCS控制系统与Ｓ７－200PLC的通信实现及应用［Ｊ］．自动化仪表，２０１９（１）：５０－５２．