基于STM32的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及應(yīng)用

郝成勐，趙樹民，韓 雪，陳久升，陳 新

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南271100）

1 前 言

泰鋼物資計(jì)量系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程音、視頻及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對各廠區(qū)計(jì)量站點(diǎn)往來物資的遠(yuǎn)程稱重計(jì)量管控。通過遠(yuǎn)程物資計(jì)量監(jiān)控中心統(tǒng)一管理，現(xiàn)場無人值守的方式，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了人員的勞動(dòng)生產(chǎn)效率。但受地域、環(huán)境等限制，現(xiàn)場各計(jì)量站點(diǎn)分布廣而散，無人值守的運(yùn)行方式在提高計(jì)量效率的同時(shí)，也給系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)維帶來了新的挑戰(zhàn)，因此有必要通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，必要時(shí)還需對部分設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)、重啟等操作。若采用PLC控制系統(tǒng)，考慮到成本與需求的匹配關(guān)系，容易造成資源浪費(fèi)，特別是在輕量級遠(yuǎn)程監(jiān)控的場景下，更為突出。本文介紹了一種更具實(shí)用性的低成本的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，并以泰鋼物資計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用為例，提供了一套計(jì)量站內(nèi)信息設(shè)備電源遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控解決方案。

2 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)介紹

2.1 工作原理

該網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要由服務(wù)器和遠(yuǎn)程客戶端組成，并通過局域網(wǎng)進(jìn)行通信。客戶端負(fù)責(zé)向服務(wù)器下發(fā)邏輯動(dòng)作命令，服務(wù)器接收后解析并執(zhí)行該指令，驅(qū)動(dòng)繼電器控制輸出電路通斷，指令執(zhí)行后，向客戶端反饋指令完成信息；同時(shí)服務(wù)器能實(shí)時(shí)采集信號輸入狀態(tài)，并及時(shí)上傳。這樣就可以通過客戶端在局域網(wǎng)遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)對被控對象的開關(guān)量狀態(tài)監(jiān)視和控制。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該控制系統(tǒng)主要由控制器、信號輸入電路、輸出電路、客戶端、電源適配器組成，如圖1所示。控制器作為服務(wù)器端，采用集成電路制作，集成了MCU控制器、網(wǎng)絡(luò)通信模組、電磁繼電器、板載電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、程序?qū)懭虢涌诘龋捎卯?dāng)下成熟的技術(shù)和模組產(chǎn)品，整體成本大為降低。

該控制器采用由電源適配器輸出的DC 9～24 V 電源作為輸入電源，并經(jīng)板載電源管理電路一系列的降壓、濾波、穩(wěn)壓等處理后為系統(tǒng)各部分提供純凈穩(wěn)定的電能，保證了系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能。

系統(tǒng)主控單元采用STM32（意法半導(dǎo)體32 位系列微控制器芯片）系列微控制器，它是ST 公司基于要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARMCortex-M3 內(nèi)核的32 位單片機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，具有較高的穩(wěn)定性和良好的性價(jià)比。

系統(tǒng)輸入采集與輸出控制部分均采用光耦芯片對輸入輸出信號進(jìn)行隔離，使I/O 電路具有更高的抗干擾性能。信號輸入端子支持干接點(diǎn)的接線方式，繼電器使用板載式電磁繼電器，最大負(fù)載電壓可達(dá)AC 250 V、DC 30 V，最大負(fù)載電流可達(dá)10 A，可直接接入低功率信息設(shè)備的電源回路，也可通過擴(kuò)展繼電器實(shí)現(xiàn)更高負(fù)載的開關(guān)控制。

網(wǎng)絡(luò)通訊模組集成W5500 芯片和帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ-45，負(fù)責(zé)客戶端與STM32芯片之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持局域網(wǎng)喚醒和省電模式，可進(jìn)一步降低功耗。控制器采用RJ45 接口通過網(wǎng)線接入局域網(wǎng)，經(jīng)過交換機(jī)、路由器、光纖等設(shè)備傳輸后，與遠(yuǎn)程客戶端設(shè)備管控平臺(tái)建立連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

3 應(yīng)用實(shí)例

目前，在泰鋼物資計(jì)量系統(tǒng)及各網(wǎng)絡(luò)中，存在大量的無人值守站點(diǎn)，其內(nèi)的各終端、計(jì)算機(jī)、設(shè)備等由于各種原因，在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)、藍(lán)屏故障，每次故障發(fā)生時(shí)需人工第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行處理。由于人員往返以及故障判斷耗費(fèi)大量時(shí)間，信息設(shè)備的故障處理在時(shí)效性上存在嚴(yán)重滯后。針對這一現(xiàn)狀，采用遠(yuǎn)程控制技術(shù)，對該問題加以攻克。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

3.1 參數(shù)配置

將PC 機(jī)與控制器通過網(wǎng)線連接起來，給控制器上電后修改PC 機(jī)IP 地址，使其與控制器初始IP地址同網(wǎng)段。然后打開參數(shù)配置軟件，手動(dòng)搜索設(shè)備，找到后輸入為控制器分配的IP地址、子網(wǎng)掩碼，最后配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。另外，還可以為控制器配置延時(shí)、聯(lián)動(dòng)等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)更豐富的功能。

3.2 接線安裝

采用硬接線的方式，將控制器輸出端的一組常開觸點(diǎn)串接入火線中，電源側(cè)接公共端子，負(fù)載側(cè)接常開端子，從而達(dá)到控火的目的。將AC 220 V的中間繼電器線圈與負(fù)載端電源并聯(lián)，取一組常開觸點(diǎn)接入控制器輸入端子，以反饋電源實(shí)際通斷情況。接好網(wǎng)線，插入適配器電源接頭后將控制器和中間繼電器固定在計(jì)量柜內(nèi)導(dǎo)軌上。

3.3 遠(yuǎn)程操作調(diào)試

在PC 上位機(jī)上安裝遠(yuǎn)程控制軟件，在操作界面輸入工作模式及IP地址后，即可與遠(yuǎn)程控制器建立連接。啟動(dòng)自動(dòng)掃描可以實(shí)時(shí)顯示輸入、輸出信號狀態(tài)，通過點(diǎn)擊繼電器輸出控制組下相應(yīng)的圖標(biāo)即可接通、斷開電源。同時(shí)圖標(biāo)的亮滅可反應(yīng)邏輯指令的執(zhí)行情況，開關(guān)量輸入狀態(tài)組下相應(yīng)的圖標(biāo)亮滅反應(yīng)電源實(shí)際接通斷開情況。

4 應(yīng)用效果分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，針對無人值守狀態(tài)下主機(jī)藍(lán)屏死機(jī)或設(shè)備卡機(jī)假死現(xiàn)象，僅焦化北磅一處計(jì)量點(diǎn)主機(jī)每月可達(dá)8次被動(dòng)啟停，而每次故障處理時(shí)間約耗時(shí)1.5 h，嚴(yán)重制約了計(jì)量效率。在實(shí)物安裝并投入運(yùn)行后，經(jīng)過長時(shí)間的觀察及檢驗(yàn)，該遠(yuǎn)程控制方式能可靠地控制電源通斷，從故障出現(xiàn)至恢復(fù)運(yùn)行只需要幾分鐘，極大提高了運(yùn)維效率，保障了計(jì)量工作持續(xù)順行。

該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)還具有體積小、價(jià)格低廉、功耗低、安裝維護(hù)簡易的特點(diǎn)，相比正規(guī)PLC 控制系統(tǒng)，可降低企業(yè)采購及運(yùn)營維護(hù)成本，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。該控制方式在現(xiàn)有的局域網(wǎng)基礎(chǔ)上即可實(shí)現(xiàn)，不必另外部署通訊網(wǎng)絡(luò)，節(jié)約了成本。在同一局域網(wǎng)下，若每個(gè)計(jì)量站點(diǎn)配備1臺(tái)遠(yuǎn)程控制器，則可實(shí)現(xiàn)對全站范圍內(nèi)指定信息設(shè)備的開關(guān)量控制，擴(kuò)展了無人值守的應(yīng)用范圍。

通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以在局域網(wǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對終端設(shè)備的平臺(tái)化精準(zhǔn)集中控制，做到可控可視，還可以應(yīng)用到其他采用開關(guān)量控制的場景中，在當(dāng)前企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展大背景下極具實(shí)用價(jià)值。