一種涂裝房設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡運(yùn)濤，董 浩，孟雨祥，于津偉，李高進(jìn)，繆逢吉

（1. 上海中船臨港船舶裝備有限公司，上海 201306；2. 上海船舶工藝研究所，上海 200032）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)日趨成熟，并在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。將遠(yuǎn)程控制技術(shù)和船廠涂裝房控制系統(tǒng)相結(jié)合，是提高涂裝房運(yùn)行、維護(hù)效率、加速造船信息化進(jìn)程的必然選擇。造船工藝主要包括焊接、舾裝和涂裝等，其中涂裝工藝尤為重要，分段、大型結(jié)構(gòu)件的涂裝都離不開涂裝房，為涂裝房提供穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境就顯得尤為重要。

筆者設(shè)計(jì)開發(fā)了一種涂裝房設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)控制系統(tǒng)，主要通過智能移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)涂裝房中控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，通過利用網(wǎng)關(guān)模塊與后端平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)中控室的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而達(dá)到節(jié)約人力成本與耗時(shí)的目的。

1 技術(shù)原理

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)主要有WAN、LAN這2種模式，主要由TCP/IP協(xié)議去完成，通過在計(jì)算機(jī)客戶端和服務(wù)器之間建立有效連接，獲得實(shí)時(shí)反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制信息的流通、傳輸及管理。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)的原理，即在多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間建立數(shù)據(jù)交互通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交流與傳遞。物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用主要依托于主控網(wǎng)絡(luò)、受控網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議等，需要多方面協(xié)同合作才能高效、安全地完成數(shù)據(jù)信息傳遞，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶端多臺(tái)計(jì)算機(jī)或者接入設(shè)備的遠(yuǎn)程控制管理。在物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，常用的通信協(xié)議包括TCP協(xié)議和IP協(xié)議。TCP協(xié)議有其固定標(biāo)準(zhǔn)，具有很高的安全性能，可以使系統(tǒng)保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行[1]。本文討論的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正是基于TCP/IP協(xié)議而搭建的，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包含終端設(shè)備（除濕機(jī)、吸砂機(jī)、廢氣處理、除塵器）、控制系統(tǒng)（控制器、輸入輸出模塊、以太網(wǎng)模塊、串口模塊、工控機(jī)、觸摸屏、電視機(jī)）和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)（網(wǎng)關(guān)模塊、流量卡、GPS天線）。控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.1 終端設(shè)備

終端設(shè)備主要包括除濕機(jī)、吸砂機(jī)、廢氣處理和除塵器等單機(jī)設(shè)備，其功能是為涂裝房作業(yè)提供各種功能支持及運(yùn)行環(huán)境。針對(duì)涂裝房現(xiàn)場(chǎng)噴涂作業(yè)，主要的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過配置好的無(wú)線通信協(xié)議即可發(fā)送接收數(shù)據(jù)。利用串口可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和動(dòng)作執(zhí)行[2]。

2.2 控制系統(tǒng)

控制端系統(tǒng)包括中控系統(tǒng)CPU、輸入模塊、輸出模塊、串口通信模塊、CC-LINK通信模塊和以太網(wǎng)模塊等。此系統(tǒng)主要功能是采集終端設(shè)備各開關(guān)量與模擬量信號(hào)，控制并發(fā)送數(shù)據(jù)給終端設(shè)備，將終端設(shè)備以可視化形式在觸摸屏和工控機(jī)的顯示器上動(dòng)態(tài)展現(xiàn)出來(lái)。

2.3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包含網(wǎng)關(guān)模塊、4G流量卡和GPS天線。該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的主要功能是通過與交換機(jī)通信，通過流量卡實(shí)現(xiàn)將電腦與控制端系統(tǒng)遠(yuǎn)程連接起來(lái)，數(shù)據(jù)透?jìng)髋c邊緣采集和計(jì)算，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的，模塊整體框圖如圖2所示[3]。

圖2 模塊整體框圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件搭建

根據(jù)圖1所示控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D搭建系統(tǒng)硬件配置，中間以交換機(jī)為界，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和發(fā)送，通過以太網(wǎng)、串口、網(wǎng)關(guān)和無(wú)線等進(jìn)行通信連接，構(gòu)建成一整套系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。

3.2 軟件配置

軟件配置在三菱GX-Works 2軟件中實(shí)現(xiàn)，在將CC-LINK網(wǎng)絡(luò)與連接目標(biāo)配置好之后，如圖3所示將通信連接設(shè)置好。計(jì)算機(jī)側(cè)選擇Ethnmet Board，可編程控制側(cè)選擇Ethemet Module，其他站指定選擇Other Station，網(wǎng)絡(luò)通信路徑選擇Ethemet。在這些參數(shù)配置好之后，按“通信測(cè)試”按鈕，系統(tǒng)提示“通信連接OK”，則表示其與遠(yuǎn)程系統(tǒng)成功連接。

圖3 軟件參數(shù)配置圖

3.3 遠(yuǎn)程控制端

遠(yuǎn)程控制端畫面設(shè)置如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程控制端設(shè)置畫面

4 有人云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

該平臺(tái)提供了安全可靠的設(shè)備連接通信能力，支持各種設(shè)備和通信協(xié)議，可以自定義每個(gè)變量并且可輸出報(bào)警。此外還具有方便快捷的設(shè)備管理功能和清晰的管理界面，支持邊緣采集和邊緣計(jì)算，即設(shè)備連接到網(wǎng)關(guān)后，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、流轉(zhuǎn)、存儲(chǔ)、分析和上報(bào)設(shè)備數(shù)據(jù)至云端，如圖5所示。

遠(yuǎn)程控制端通過4G模塊、GPS實(shí)現(xiàn)和與遠(yuǎn)程設(shè)備的通信，將程序和畫面實(shí)時(shí)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)控制器中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控、程序上下載和故障報(bào)警等功能，為用戶提供一種簡(jiǎn)單可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸方案。其設(shè)備主要包括：設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)讀寫、設(shè)備聯(lián)動(dòng)、故障報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、設(shè)備流量監(jiān)控、視頻監(jiān)控和云端組態(tài)；用戶可通過電腦隨時(shí)隨地了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)。在云組態(tài)啟用設(shè)備之后便可通過遠(yuǎn)程連通現(xiàn)場(chǎng)控制器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖5 邊緣采集畫面

5 結(jié)論

隨著物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全與遠(yuǎn)程控制技術(shù)的更新，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)未來(lái)的應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展所起的促進(jìn)作用越來(lái)越大。為此，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全與遠(yuǎn)程控制技術(shù)，要認(rèn)清其技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在獲取資源共享和數(shù)據(jù)傳輸便利條件的同時(shí)，也要加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全和遠(yuǎn)程控制的重視，不斷創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，優(yōu)化操作流程，提高技術(shù)穩(wěn)定性和安全性，保持持久動(dòng)力，進(jìn)而推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，為社會(huì)提供更多、更優(yōu)質(zhì)服務(wù)。