基于PLC的遠程監控系統設計研究

王征鋒

（中國檢驗認證集團浙江有限公司，浙江 杭州 310003）

基于PLC的遠程監控系統設計研究

王征鋒

（中國檢驗認證集團浙江有限公司，浙江 杭州 310003）

通過PLC技術可實現遠程監控系統的數據采集與實時控制。對此，本文分別從軟件設計和硬件構成兩個方面闡述了PLC監控的整體框架，分析了該遠程監控裝置在污水泵站中的應用現狀，并提出了該系統在實際生產過程中應注意的事項。

遠程監控；PLC；設計；水泵站

隨著人工成本的不斷提高，傳統的監控方式已經很難滿足現代工業的生產需要，因此基于PLC技術的遠程監控系統在各領域的生產過程中得到廣泛應用。遠程監控指的是技術人員通過安裝在異地的微機來實現對現場設備的監視和操作，該系統能對現場設備的狀態信號、運行數據和故障類型進行實時有效地監測，并且可以及時預告或直接排除設備故障。該技術不僅有效減少了維修人員的數量，同時可使用戶在遠程實現相關設備的維護工作，在極大程度上節約了企業的人力和財力。

1. PLC監控的整體框架

依托于PLC技術，該監控系統可以實現將距離控制中心幾百甚至上千公里的下位機采集到的相關數據實時傳送給上位機中的控制中心，而市面上一般的計算機串行通信口難以實現該過程。目前，該系統常見的傳輸方式有采用衛星和微波等無線傳播方式以及擬載波傳輸，從經濟和性能的角度上考慮，大部分企業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調制調節器，其能夠將PLC傳輸過來的數字信號調制成模擬信號，然后通過電話線傳輸。在接收端，這些模擬信號再次被還原成原來的數字信號。

1.1硬件設施

該遠程監控系統以PLC為基礎，并通過有線網絡的方式來完成遠程監控。系統中的PLC可以將在線數據和狀態信號快速無誤地傳輸到上位微機控制中心，而上位機可將根據收集到的數據，通過電話線給下位機發送控制指令。

該遠程監控系統針對的是EMENSS7-200MicroPLC系列中的7-200PLC芯片，并提供RS-485通信接口。當S7-200的工作模式為自由端口通信時，用戶根據實際需求定義通信協議。這樣不僅使通信的范圍得以擴大，而且可以更加靈活、方便地控制系統設備，還能及時地進行維修。

下位機端使用RS-485通信端口和RS-232通信端口，并通過DIP開關設定通信時所需數據的位數值。通過這種方式將S7-200PLC連接到電話網上，上位機再通過RS232通信電纜連接的監控微機和RS-232通信端口，將監控微機接入系統網絡中，可以實現監控微機和S7-200PLC的數據通信。PC/PPI電纜的模式隨著數據傳送方向的改變而發生變化。比如，數據從RS-232接口傳輸到RS-485接口時，PC/PPI電纜的模式為發送模式；反之，則為接收模式。系統硬件設計如圖1所示。

1.2軟件設計

遠程監控軟件的主要作用是實時監控PLC的輸入輸出信號，其不僅能接收和監控各種信號，而且還會向PLC發出指令，控制其的輸入輸出。

基于Windows平臺，結合VC++6.0編程開發的遠程監控軟件可分為以下4個部分：（1）可交互的用戶操作界面；（2）通信接口程序；（3）數據處理程序；（4）操作程序。其中，通信接口程序的作用是構建通信鏈路，同時控制數據的傳遞。數據處理程序會對接收到的數據進行綜合分析和處理，再根據數據的處理結果向PLC發出相關的控制指令。數據庫運行程序則主要用于用戶自定義地對數據庫進行修改，并能自動更新數據庫、提取部分數據。此外，系統還具有統計數據，能夠完成輸出和打印報表等工作。通信接口程序主要包含初始化串行口、MO-DEM、數據打包及發送、數據檢驗及拆包等步驟。因此，接口程序通常采用多線程技術，該程序在運行后會創建一個主線程，以此實現串口的初始化。在這個過程中，程序會進行一系列操作，比如打開串口、配置串口、初始化MODEM、創建同步對象等。接下來，程序會設置通信路程，由該通信路程實現對通信事件的監控和響應，一旦接收到新數據，它就會向主線程發送自定義消息。同樣，當發送緩沖區空時，程序也會向主線程序發送相應的自定義消息。當數據通信完成后，主線程序會將通信線程清空。

2. 基于PLC的遠程監控系統應用分析

鑒于PLC在工業控制系統上起的重要作用，PLC也被廣泛應用于污水泵站等相關行業的現場數據采集和實時控制中。

該系統利用PLC來實現遠程控制終端，上位機的主體是工控PC機，且該系統基于串行異步的通信協議，使用一一對應的遠程無線監控網絡。下位機和安裝于現場的閥門站，則依靠主機發出的指令以及自身的控制程序進行工作。主體工控PC機必須安裝在污水泵的控制中心，并且和各個閥門站的PLC從體機保持緊密聯系。通過這種方式，主體和從體構成一個完整的遠程數據采集和監控系統。

在構建污水泵站遠程監控系統時，還要思考A/D轉換。由于該模塊要與PLC配套，所以要選擇具有獨立分差輸入的4個通道模塊設計型號（FX2N-4AD）。在該系統的設計中，還要在各個閥門的正確位置或者管線處裝上流量和溫度的傳感器，用于監測管理污水管線的實時排放狀態。

該系統采用SMC多回轉型閥門的電動裝置，該電動裝置可以同時對多臺機器進行控制，而且能夠實現遠程控制。同時，該裝置能夠將自身的狀態轉換成相應的信號發送給PLC，這樣就可以遠程監控其實時狀態。污水泵站則需要現場和遠程監控相結合，因此一般采用12路輸入信號端口和8路輸出信號端口。系統主體對各從體的監控均采用現場控制與遠程控制相結合的方式。以遠程控制方式為例，該系統中的傳感器感應到信號后，會通過屏蔽電纜將測得的數據信號傳送出去，信號到達A/D轉換器模塊的輸入端會轉換成相應的信號，最后送入寄存器保存，以便PLC進行實時讀取。

隨著科技的發展，遠程監控系統的應用范圍不僅僅停留在理論層面，污水泵站的應用只是其應用的一個折射。基于PLC的遠程監控系統還可廣泛應用于其他工業部門，并且隨著技術的不斷進步，該系統會得到越來越廣泛地使用。

3. 應用過程中的注意事項

3.1工作環境中的注意問題

（1）工作環境的溫度對該系統的運行非常重要。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周圍的環境溫度。

（2）工作環境的濕度也要得到嚴格地控制。由于該系統具有較多的金屬設備，如果不能保持空氣的干燥，金屬表面會產生露珠，使設備的絕緣性受到干擾，容易使系統發生故障。

（3）該設備還要注意減震問題。解決運行過程中的減震問題，對設備的正常運行十分重要，因此在施工現場一定要使設備遠離震動源。

（4）空氣質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格控制，避免電氣元件發生短路。

（5）電源要有足夠高的安全性。在使用過程中，電源應嚴格遵守PLC的使用規則，且在施工中進行規范化操作。

3.2系統中的防干擾

系統在運行過程中會存在很多干擾，如強電干擾、柜內干擾等。以強電干擾為例，空間環境惡劣會對電網造成極大地干擾和影響，使電網中線路的電壓發生變化。這會造成系統工作時出現誤差，有時還會對設備造成一定的損害。此外，柜內的干擾也會對該設備造成很大的影響，機柜內部錯綜復雜的線路會產生強弱不定的電磁干擾，進而給電氣設備的整體運行帶來影響。當接地方式發生錯誤時，會對信號造成較大程度地影響，嚴重時會造成PLC無法正常工作。因此，從線路布置、機柜布置等方面做好系統的防干擾措施，對監控系統整體的穩定運行提供技術保障。

結語

基于PLC的遠程監控系統實現了異地監測和控制中心的數據交換，能異地讀取自動化設備的實時工作信息，并且能向PLC傳送控制系統傳送令。該系統在污水泵站中的使用取得了很好的效果，但在具體操作過程中，存在很多要求，需要嚴格控制，而且還存在一些干擾問題未能得到很好地解決。隨著自動化技術的快速發展，遠程監控系統將會得到越來越廣泛的應用。

［1］趙越.基于PLC的污水泵站遠程監控系統研究［D］.黑龍江八一農墾大學，2011.

［2］王貴成，宋琳，徐心和.一種基于PLC的遠程監控系統的設計［J］.微計算機信息，2015（9）：116-117.

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