基于PLC重鋪機組遠程監控系統的設計和實現

韓令斗+趙亮+張栗+仲崇權

摘 要：為了實現重鋪機組數據的實時采集、處理、可視化與上傳，開發了重鋪機組遠程監控系統。系統以PLC為控制核心，由ZigBee模塊、GPRS模塊、GPS模塊和DView組態軟件組成，提出了該系統的總體設計方案。ZigBee模塊主要用于PLC間的無線通信，傳輸所有PLC采集的數據。GPS模塊用來采集經緯度數據，為實時監控重鋪機組的位置提供支持。GPRS模塊用以將重鋪機組的數據、經緯度信息上傳至互聯網遠程上位機，實現重鋪機組的遠程監測。結果表明，系統可實時準確地遠程傳輸采集的數據，DView組態軟件根據采集結果顯示網絡監控畫面，可有效監控重鋪機組的工作。

關鍵詞：PLC；GPRS；GPS；DView組態軟件

中圖分類號：TP277.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）02-00-03

0 引 言

重鋪機組用于公路的大面積連續翻修作業，具有就地加熱、翻松（銑刨）、復拌、攤鋪、整平功能，可一次成型新路面，舊路瀝青混合料100%就地再生利用，具有節約資源、減少環境污染、作業時不封閉交通、經濟和社會效益非常顯著等特點[1]。但若想保證重鋪機組的參數精確并提高生產效率，對其進行在線監控是必要的，以便及時掌握重鋪機組的運行狀態和各種參數的變化[2]。

本文采用ZigBee無線通信技術。隨著通信技術快速發展，短距離無線通信技術已經成為通信技術中的一大熱點。以無線局域網（WLAN）、藍牙（Blue-Tooth）技術、WiFi以及ZigBee技術等為代表的各種熱點技術相繼出現[3-6]。作為一種新興的短距離無線通信技術，ZigBee具有低功耗、低成本、使用便捷等顯著的技術優勢，廣泛應用于工業控制、家庭自動化、智能農業和遠程控制等領域，具有廣闊的應用前景[7]。此外，本文采用GPRS技術進行遠程數據傳輸。GPRS網絡具有網絡覆蓋率高，永久在線等優勢，已經廣泛應用于各個行業，而且這必將成為工業控制及遠程監控等領域的發展趨勢[7]。

1 總體方案設計

重鋪機組遠程監控系統總體方案設計如圖1所示，系統所需的組件如表1所列。施工對象為由五輛重型鋪路車組成的機組，分別為1#加熱機、2#加熱機、3#加熱機、銑刨機和復拌機。每輛重型車上都安裝有觸摸屏。4個CIO100模塊分別安裝在三臺加熱器和一臺復拌機上，將一個從MAC310模塊安裝在銑刨機上，通過串口連接分別取讀五臺機器的數據。同時每臺機器上安裝一個ZigBee模塊，分別與4臺CIO110和MAC310的串口相連。由于三臺加熱機移動特性明顯，所以主ZigBee放在位置相對固定的銑刨機上，便于搭建機組近距離局域網。同時銑刨機上還安裝GPRS和GPS模塊，分別與另一塊主MAC310模塊的串口相連。因此4臺CIO100上的數據通過ZigBee模塊發送給從MAC310模塊，從MAC310模塊通過串口把數據發送給主MAC310模塊，主MAC310把五臺機器的數據和GPS記錄的機組位置信息通過GPRS設備發送至云服務器，最后通過DView界面顯示。

2 系統結構

2.1 主控設計

主控由銑刨機、MAC310模塊、GPS模塊、GPRS模塊、ZigBee模塊組成，其結構如圖2所示。由于系統需要4個串口進行數據傳輸，而每個MAC310主控器有3個串口，故需要兩個MAC310模塊。

2.1.1 MAC310主控器

MAC310是大連理工計算機控制工程有限公司自主研發的冗余主控器的一個型號，該型號冗余主控器具備2路以太網、3路RS 485接口、4路DO（晶體管），其中2路高速脈沖最大可達300 kHz，5路IO中斷具備以太網、串口、設備等多種冗余架構，內部資源豐富，適用于復雜冗余系統的主控。MAC310控制器獲取的終端變量以及存放地址見表2所列。

2.1.2 GPS模塊

本系統使用DF-1007GPS模塊可以獲取當前位置的經緯度坐標，并通過串口實時上報給控制器。該模塊配置時DUT工作模式選擇“AT模式”，GPS模式選擇“串口上報模式”，上報周期為“5秒”。此外，控制器通過串口自由通訊指令（SC_AFC）發送報文給設備后，才能收到相應的響應報文，但由于該GPS模塊具有定期串口上報功能，所以不需要組拼發送報文。收到正確的報文信息是“$GPRMC，225530.000，A，3637.26040，N，11700.56340，E，0.000，97.17，220512，，，D*57”。轉換公式及示例見表3所列。

2.1.3 GPRS遠程數據傳輸

將GPRS DTU模塊通過RS 485串口與電腦串口相連，RS 485串口正極接模塊A端子，RS 485串口負極接模塊B端子。GPRS的配置界面如圖3所示。模塊配置的波特率與控制器所連串口一致，服務器端口配置為11000；注冊包格式（心跳包格式）為16進制的數據，且應與DViel的“TCP主動連接DTU” 的模塊ID保持一致[8]。

2.2 終端設計

終端由鋪路車（加熱機或復拌機）、ZigBee模塊、CIO110模塊組成，其結構如圖4所示。

2.2.1 CIO110控制器

CIO110控制器是大連理工計算機控制工程有限公司自主研發的一種可編程控制器。CIO110控制器具有4 K的數據存儲空間和38 K的程序存儲空間及11路普通輸入點數和8路普通輸出點數。支持IO擴展功能，體積小巧，結構緊湊，安裝方便，通過統一編程控制完成各種自動化控制，單獨使用時可用于單機及小型自動控制中，滿足中等點數、功能簡單、成本超低的低端市場需求。CIO110控制器獲取的終端變量以及存放地址見表4和表5所列。

2.2.2 ZigBee模塊

利用ZigBee無線技術使得信息獲取更快捷，同時也避免了布線的困擾[9]。ZigBee模塊配置為一主多從，即一個網絡只能有一個主節點（Coordinator），多個從節點（Router）。另外要配置唯一的PAN ID（網絡ID）和頻道。而且配置的波特率要與所連的PLC控制器一致，并選擇透明傳輸方式。經實際測試，本系統使用的ZigBee DTK模塊具有最大650 m的可視傳輸距離，在空曠的室外環境完全滿足對距離的要求。

2.3 云端設計

2.3.1 服務器配置

系統使用Windows Server 2008或Windows Server 2012，而后者用戶交互較友好。配置I2S服務器，需要進行身份驗證并允許32位程序（64位服務器）。

本項目使用騰訊云服務器，配置信息（可升級）為單核、2 G內存、50 G云系統盤、10 G云數據盤與Windows Server 2012。

2.3.2 服務器軟件的安裝

該系統需要服務器安裝的軟件有DView和Microsoft SQL Server 2012。

2.3.3 DView HMI界面

該系統使用DView組態軟件的DView HMI界面。DView軟件由DView（DView編輯器）、DXP（DCCE Exchange Platform，大工計控數據交互平臺）、HMI（Human Machine Interface，人機界面組態軟件）、DBMonitor（歷史數據庫服務）、OPC（OPC服務器）、CamServer（視頻服務器）等部分組成，是具有設備管理、實時數據管理、視頻管理及數據庫管理等功能的監控管理系統開發平臺。

DView工程的操作過程如下：

（1）設備拓撲圖拖拽“TCP主動連接DTU”和“DTU從模塊EPA協議”。

（2）設備變量的命名規則要做到統一與直觀。

（3）登錄操作。不同用戶有各自相應的權限。

（4）地圖定位信息。DView的地圖控件使用國內知名地圖軟件——百度地圖API（JavaScript版）開發制作。由于百度地圖將GPS經緯度坐標做了加密處理，故由GPS模塊采集的經緯度數據需要經過轉化后才能應用到百度地圖上，這里采用百度地圖公開的GPS轉換函數。

（5）數據監視界面。將位變量和字變量分別綁定到開關（或指示燈）和文本標簽（或儀表盤等）上。根據技術協議，盡量貼合甲方觸摸屏顯示效果。

（6）數據庫數據的處理。設備的歷史數據通過DView的歷史數據服務器直接存儲到數據庫中。但由于網絡的不穩定或者干擾，可能會使設備下線。所以數據庫中存儲的數據于設備下線時是無用的，應當剔除。本項目使用SQL Server數據庫的觸發器功能，刪除無效數據，盡量保持數據的正確性。

3 結果與分析

現場及安裝情況和系統的網絡監控畫面分別如圖5和圖6所示。經測試，該系統能夠對重鋪機組的參數進行精確監控，同時能夠準確快速的定位重鋪機組的位置，且實時性較好。

4 結 語

本文通過對重鋪機組遠程監控的具體實踐，敘述了重鋪機組遠程監控系統的設計和實現過程。該監控系統自投入以來，運行穩定，檢測數據準確，提高了生產效率，對重鋪機組的安全高效運行起到了重要的作用。另外，該系統還可應用于工業控制、家庭自動化、智能農業等領域，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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