PLC的遠(yuǎn)程異地監(jiān)控與程序

宮萍

摘要：在目前的機(jī)械制造行業(yè)中，設(shè)備的調(diào)試及維修過程主要由技術(shù)人員趕赴設(shè)備現(xiàn)場進(jìn)行直接操作，對(duì)于設(shè)備使用場合在偏遠(yuǎn)地區(qū)的情況，常會(huì)出現(xiàn)維修人員到達(dá)較為滯后，影響維修進(jìn)度，也產(chǎn)生了差旅花費(fèi)，提高了公司的運(yùn)營成本，因此，在遠(yuǎn)程準(zhǔn)確的判斷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并通過計(jì)算機(jī)組態(tài)處理一部分故障對(duì)于提高調(diào)試與維護(hù)效率，降低生產(chǎn)運(yùn)營成本有著重要作用。本文闡述了一種基于網(wǎng)絡(luò)映射技術(shù)針對(duì)PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程異地監(jiān)控與程序修改方案。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制;PLC設(shè)計(jì);程序操控

1.PLC機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)備的控制邏輯及其驅(qū)動(dòng)指令全部在PLC中儲(chǔ)存并執(zhí)行，設(shè)備的主要調(diào)試工作即對(duì)PLC程序的寫入與修改，使控制邏輯得以改變并適應(yīng)于設(shè)備的運(yùn)行，同時(shí)，對(duì)于DCS系統(tǒng)而言，PLC內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)等變量能夠直觀準(zhǔn)確的反映出設(shè)備的各電氣元件工作狀態(tài)，進(jìn)而反應(yīng)設(shè)備的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況，是對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與控制第一手信息。

在機(jī)械調(diào)試、維護(hù)的過程中，當(dāng)需要對(duì)PLC控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，通常的操作步驟是利用編程電纜將編譯器連接至PLC，然后進(jìn)行進(jìn)一步的操作處理。這樣的程序下載方式對(duì)調(diào)試人員與PLC的距離提出了很高的要求，一般的來說，編程電纜長度約為1.5m，因電纜傳輸距離近，調(diào)試者必須位于控制器附近，且因在線調(diào)試時(shí)間短，容易造成程序錯(cuò)誤。由于調(diào)試維護(hù)人員不可能隨時(shí)出現(xiàn)在設(shè)備的附近，當(dāng)故障發(fā)生之后，無法在短時(shí)間內(nèi)利用編譯器連接PLC讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)間過長后，當(dāng)時(shí)的故障狀態(tài)數(shù)據(jù)可能已經(jīng)遺失或被覆蓋。當(dāng)調(diào)試人員位于其他城市時(shí)，更無法保證能夠及時(shí)趕來，不僅錯(cuò)過了故障處理的黃金時(shí)間，耽誤了生產(chǎn)工藝的恢復(fù)，還浪費(fèi)了差旅費(fèi)用，提升了生產(chǎn)成本。

隨著信息技術(shù)的普及，上述情況得到了一定程度的改善，具體的改善為利用了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即WIFI替代過去的編程電纜，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無線傳遞，雖然這是一種技術(shù)上的進(jìn)步，但是由于WIFI的傳輸距離限制，本技術(shù)依然沒有將信號(hào)傳遞距離真正意義上的拉開，上述存在的現(xiàn)存問題依然沒有得到根本的解決。

2.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，上述問題出現(xiàn)了可以解決的端倪，本文利用4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相關(guān)的路由器或網(wǎng)關(guān)器材，開發(fā)了一種使用方便，信號(hào)穩(wěn)定強(qiáng)的遠(yuǎn)程調(diào)試和維修系統(tǒng)。

本系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

1、遠(yuǎn)程調(diào)試和維修計(jì)算機(jī)（Server）;2、ETH-MPI（remote）模塊;3、RCD遠(yuǎn)程模塊;4、3G無線路由，也可采用4G路由器，品牌不限，在本文作為一種優(yōu)選方案中采用了inhand品牌路由器;5、3G上網(wǎng)卡一張，與路由器相互配合使用，若路由器采用4G則上網(wǎng)卡也應(yīng)當(dāng)相應(yīng)選用4G上網(wǎng)卡，運(yùn)營商不限;6、普通路由器一臺(tái)，任意品牌，在本文中采用了TP-link品牌路由，在實(shí)際應(yīng)用中，該路由器置于辦公區(qū)域，因此對(duì)防護(hù)等級(jí)等要求并不嚴(yán)格;7、現(xiàn)場工控PLC，在文中以了西門子品牌6SE7313-6CF03-0AB0型號(hào)PLC為例，該品牌PLC的市場占有率較高;8、西門子step7調(diào)試軟件;9、虛擬網(wǎng)絡(luò)映射賬號(hào)或具有公網(wǎng)IP的公司路由器通過端口映射也可。

上述器材按照如下網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行組合：

從上圖可見：

在本架構(gòu)中，通過路由器端口映射，將RCD遠(yuǎn)程模塊暴露在公網(wǎng)IP下，可被DNS服務(wù)器檢索并接受外部網(wǎng)絡(luò)訪問。調(diào)試計(jì)算機(jī)與RCD必須處于同一子網(wǎng)下，由RCD接收調(diào)試計(jì)算機(jī)指令并將指令分配轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)方設(shè)備。公網(wǎng)IP可為IP形式，也可為域名形式，用于ETH-MPI（remote）模塊通過網(wǎng)絡(luò)訪問的方式經(jīng)由公網(wǎng)IP訪問RCD模塊。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的連接。此時(shí)ETH-MPI（remote）模塊將tcp/ip協(xié)議形式轉(zhuǎn)化為MPI通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的訪問。由于此方案對(duì)于ETH-MPI（remote）模塊的網(wǎng)絡(luò)訪問路徑與形式并沒有嚴(yán)格的規(guī)定，因此可通過3G路由的方式進(jìn)行上網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)在偏遠(yuǎn)地區(qū)不宜架設(shè)網(wǎng)線的環(huán)境下的設(shè)備入網(wǎng)。

在加入了3G路由后，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示：

從圖中可見，由于在架構(gòu)中加入了3G路由，實(shí)現(xiàn)了通過3G網(wǎng)絡(luò)對(duì)PLC的遠(yuǎn)程連接。

3.總結(jié)

本文所介紹的通訊方式與以往的依托運(yùn)營商VPN服務(wù)的方式不同：以往的同類方案中，不是基于公網(wǎng)IP的建立，而是通過購買運(yùn)營商的無線封裝技術(shù)建立專有網(wǎng)絡(luò)通道（VPN），此種技術(shù)需向運(yùn)營商交納昂貴的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)費(fèi)用，同時(shí)，其子站上限受服務(wù)服務(wù)商的服務(wù)級(jí)別限制影響嚴(yán)重，難以在單一封裝網(wǎng)絡(luò)通道下容納大量子站，這就需要增加資金成本購買更高級(jí)別的通信服務(wù)或增加通道的數(shù)量。本文所描述的技術(shù)，建立在開放的可被DNS服務(wù)器檢索的公網(wǎng)IP基礎(chǔ)上，理論上，可以實(shí)現(xiàn)子站的無限制增加，其上限以公司骨干交換機(jī)的容納上限數(shù)量為準(zhǔn)，同時(shí)，也使公網(wǎng)IP的產(chǎn)生方式多元化，既可以自行購買公司路由器一次性投資，也可以通過購買花生殼公司等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的公網(wǎng)IP，當(dāng)遠(yuǎn)程調(diào)試的雙方位于同一子網(wǎng)下時(shí)，如同一工廠的不同位置，也可以通過公司內(nèi)部網(wǎng)站IP的端口映射，此種映射是公司的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部操作，為完全免費(fèi)的，這就使網(wǎng)絡(luò)配置的方案更加的豐富，且價(jià)格更加低廉。

如圖所示，多個(gè)ETH-MPI（remote）模塊可共同訪問同一公網(wǎng)IP，實(shí)際上，單個(gè)ETH-MPI模塊也可以在下方配置多個(gè)PLC，因MPI通訊協(xié)議限制，單一模塊下的PLC數(shù)量有上限，采用此控制架構(gòu)進(jìn)一步控制了成本，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源。

在本文中，以3G網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行了無線通訊，在實(shí)際使用中經(jīng)過測量，3G網(wǎng)絡(luò)其傳輸速率在150Kbps（依環(huán)境不同而略有差異），目前，我國已經(jīng)普及了4G網(wǎng)絡(luò)，其通訊速率能夠達(dá)到約1Mbps以上，同時(shí)，其價(jià)格相比3G網(wǎng)絡(luò)價(jià)格并無明顯上漲，隨著我國的網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)建設(shè)，下一步將會(huì)是5G網(wǎng)絡(luò)的普及，因此，在以后的技術(shù)中，可以通過采用5G網(wǎng)絡(luò)提高遠(yuǎn)程通訊效果，保證維護(hù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫俊峰.基于PLC的主膠帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2019，34（04）：220-221+274.

[2]繆文龍.PLC在污水泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].智能建筑與智慧城市，2019（03）：68-69.

[3]李艷崇.基于PLC的選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2019（03）：75-78.