物聯網云平臺環境下的手機遠程監控系統設計

馮 挺,杜向黨,郭玉嘉,惠亞光,馬 靖

(1.西北工業大學航海學院，陜西 西安 710072；2.西安國糧機械設備有限公司，陜西 西安 710018)

0 引言

微信已經成為人們日常生活中不可或缺的應用軟件，給人們的生活增加了很多便利性。隨著工業4.0概念[1]的發展，傳統的工業信息化已經慢慢在向物聯網云平臺[2]信息化轉型，物聯網云平臺使傳統工業設備更加智能化、安全化、高效化。將手機微信的便利性與物聯網云平臺相結合，將會是未來工業物聯網發展的主要方向之一。

本文將手機微信客戶端和物聯網云平臺相結合，開發了一套基于物聯網云平臺的手機遠程監控系統[3]。系統將云平臺作為數據共享平臺，現場可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)通過G781-DTU與云服務器進行數據交互，手機通過微信客戶端訪問云平臺，實現與現場控制系統的數據交互。實際運行效果表明，該系統具有穩定性好、維護成本低、實時性高的優點。

1 物聯網云平臺

物聯網云平臺將具有感知、監控能力的各類傳感器和控制器，以及移動通信、智能分析等技術融入到工業生產過程各個環節。該平臺實現了從傳統的工廠信息化到云端遠程信息化的跨越，能夠更高效地進行設備監控管理，生產資源調度，從而大幅提高生產效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，最終實現將傳統工業提升到智能化工業[4]的新階段。

1.1 物聯網云平臺總體框架

物聯網云平臺總體框架如圖1所示。該系統由綜合識別與感知層、網絡傳輸層、物聯服務層和應用層這四個部分組成。綜合識別與感知層功能，通過傳感器、變頻器和PLC實現對設備的數據采集和控制。網絡傳輸層通過WiFi、4G或LoRa實現設備和云平臺之間的數據交互。物聯服務層為云平臺，是應用層和設備之間數據交互和存儲的平臺。應用層使用手機或計算機訪問云平臺，最終實現應用層與綜合識別感知層的數據交互。

圖1 物聯網云平臺總體框架Fig.1 The overall framework of the Internet of Things cloud platform

1.2 云平臺組態數據發布方式

云平臺作為數據交換和存儲平臺，要設計合理的工業組態數據發布方式，才能提高工業物聯網云平臺的效率和可靠性。

1.2.1 Web網頁發布方式

傳統的工業組態軟件的遠程監控功能是通過Web網頁發布的方式實現的。先將設備數據發送到Web服務器進行網頁發布，再通過特定網址訪問Web服務器，以達到設備遠程監控和動態顯示的目的。這種方式軟件開發工作量較大，成本也較高。

1.2.2 基于專業云平臺數據發布方式

為了降低開發難度，提高開發效率，出現了具有組態功能的面向物聯網云平臺——透傳云平臺。

透傳云是零編程快速實現遠程監控的物聯網云平臺，不僅具備存儲、計算、開放的優點，而且具有云服務器組態功能，可以有效降低用戶開發和維護成本。

本系統選擇透傳云平臺進行組態軟件開發，實現了基于云平臺的數據共享。

2 手機遠程監控系統總體設計

2.1 系統總體框架與組成

手機遠程監控系統是由現場設備控制層、數據傳輸層、物聯層和手機遠程監控用戶層組成。

系統總體框架如圖2所示。

圖2 系統總體框架Fig.2 System overall framework

2.1.1 現場設備控制層

現場設備控制層包括傳感器、機械設備、S7-200 PLC和計算機等。S7-200 PLC的作用是采集各種傳感器的數據以及對設備的控制[5]。計算機的作用為：一是作為現場人機交互界面的顯示；二是作為OPC服務器，實現PLC與G781-DTU的間接通信。

2.1.2 數據傳輸層

數據傳輸層由G781-DTU組成，作為PLC與透傳云服務器之間數據交互的橋梁。

2.1.3 物聯層

物聯層由透傳云服務器組成，其作為現場設備與手機微信客戶端之間的數據交互平臺以及監控數據存儲平臺。

2.1.4 手機遠程監控用戶層

手機遠程監控用戶層由手機微信客戶端組成，其作用是實現手機微信客戶端與透傳云服務器之間的數據交互。

2.2 通信協議設計

系統通信框架如圖3所示。

圖3 系統通信框架Fig.3 System communication framework

系統通信框架包括底層設備層、驅動層、協議轉換層和網絡層。

2.2.1 底層設備層

底層設備層是S7-200 PLC與計算機之間的S7通信協議。

2.2.2 驅動層

驅動層包括PC機與S7-200 PLC之間的通信驅動Siemens TCP/IP Ethernet和計算機與G781-DTU之間的通信驅動Modbus slave Serial。

2.2.3 協議轉換層

協議轉換層是G781-DTU[6]與透傳云服務器之間數據傳輸Modbus RTU協議到Modbus TCP協議[7]的轉換。

2.2.4 網絡層

網絡層是手機微信通過4G網絡實現與透傳云服務器之間的數據交互。

2.3 軟件設計

手機遠程監控系統軟件由現場控制軟件、透傳云組態軟件和手機客戶端軟件組成。

2.3.1 現場控制軟件

現場控制軟件包括PLC控制軟件和計算機組態軟件。現場控制軟件采用Step7-Micro/WIN開發；用Intouch組態軟件設計計算機組態畫面，顯示設備的運行狀態以及工藝參數；Kep Server軟件作為OPC服務器[8]實現S7-200 PLC與G781-DTU間接的數據交互。

2.3.2 透傳云組態軟件

透傳云組態軟件采用透傳云管理系統網頁開發，使用云組態編輯器，設計手機微信客戶端組態畫面并顯示設備運行狀態和工藝參數。

2.3.3 手機客戶端軟件

手機客戶端軟件為微信平臺，手機微信客戶端通過透傳云公眾號實現與透傳云服務器之間的數據交互。

3 透傳云系統配置及軟件開發

3.1 G781-DTU配置

G781-DTU配置有兩個作用：一是通過配置串口實現G781-DTU與計算機通信，二是通過配置注冊包實現G781-DTU與透傳云服務器通信。

3.2 透傳云服務器配置

透傳云服務器的配置包括添加數據點和添加設備。

3.2.1 添加數據點

添加數據點的作用是使透傳云服務器的變量地址和PLC變量地址相對應。其起始地址按照Mod bus功能碼對應的寄存器起始地址填寫。Modbus功能碼對應的寄存器起始地址如表1所示。

表1 Modbus功能碼對應寄存器起始地址Tab.1 Modbus function code corresponding to the register start address

數據點添加如圖4所示。

圖4 數據點添加示意圖Fig.4 Diagram of data point addition

3.2.2 添加設備

添加設備的作用是使透傳云服務器和特定的G781-DTU通信。配置設備添加包括設備名稱、設置通信密碼、通信協議和采樣頻率。添加設備配置如圖5所示。

圖5 添加設備配置示意圖Fig.5 Diagram of add device configuration

3.3 透傳云服務器組態畫面設計

透傳云服務器提供云組態編輯器。通過組態編輯器設計手機微信客戶端組態畫面，設計過程簡單，變量關聯便捷，即只需要選擇數據模板和數據點即可。

3.4 手機微信客戶端配置

手機微信客戶端的配置是為了實現手機微信客戶端與透傳云服務器之間的數據交互。手機微信客戶端適用于所有手機系統如IOS、Android[9]等，其配置過程如下。首先手機微信客戶端關注透傳云服務器公眾號，然后進入公眾號，登錄用戶名和密碼，就實現了兩者之間的數據交互。

4 系統實現

系統經過硬件開發、軟件開發、透傳云服務器配置、G781-DTU配置和手機微信客戶端的配置后，就實現了在手機微信客戶端遠程監控設備的功能。

5 結論

本文介紹了一套基于物聯網云平臺開發的手機遠程監控系統。該系統融合了云技術、Internet技術、通信技術、計算機技術和數據存儲技術。設備已經投入生產，運行效果良好。運行驗證了該系統不僅具有可靠性高、實時性強和成本低廉的特點，而且具有隨時隨地通過手機微信客戶端監控設備運行狀態的優勢。物聯網云平臺與手機微信的結合也將是未來物聯網發展的必然趨勢。