基于PLC的倉庫遠程監控系統設計

楊秀爽　欒迪

摘要：隨著當代工業現代化和計算機網絡技術的快速發展，遠程監控技術應用越來越廣泛，對倉庫門禁設備、溫度濕度的控制也越來越現代化。該文通過對遠程控制技術、TCP/IP協議、Socket編程等方面進行研究，提出了倉庫遠程監控系統，實現了對倉庫設備、門禁系統的遠程控制，完成對倉庫溫度濕度的監測以及空調系統的控制，并實現了PC端及手機端同時監控，增強了倉庫管理的安全性和靈活性，具有很好的應用前景。

關鍵詞：PLC;遠程控制;門禁系統;TCP/IP;Socket

中圖分類號：TP29? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）08-0054-02

1 引言

隨著當代工業現代化和計算機網絡技術的快速發展，遠程相關技術越來越成熟。在現場采集數據并獲取設備的實時狀態數據，工作人員可在遠程終端監控并管理控制設備，以達到對現場設備的控制功能[1]。目前，該技術廣泛應用于遠程實驗室教學、工廠及倉儲系統的遠程管理等。

本系統在傳統倉庫管理模式的基礎上，提出了遠程監控技術。傳統的管理模式人員調用量大，且只適用于短距離的監控管理。而遠程監控技術不受時間、空間、地理環境的影響，能夠實現管理人員無時無刻，不分時間地點地獲得倉庫的實時設備狀態，并控制相關設備的開啟與關閉。除了PC端作為上位機進行遠程監控，系統中還調用GSM等模塊，將倉庫的相關數據發送到工作人員的手機端，更加便于及時獲知倉庫的實時情況，有效減少了倉庫的人員調動，增強了倉庫管理的安全性。

國內的相關技術也在不斷地發展進步。費森尤斯卡比華瑞制藥有限公司的徐鍵為了得知藥品的產量，并進行遠程數據顯示及處理，利用MODBUS TCP實現了S7-200Smart與PC間的數據通信。現場的PLC通過MODBUS RTU協議讀取傳感器的數值并將查到的數值存入寄存器。之后通過MODBUS TCP協議將相關數值傳輸到上位機PC端中。PLC端作為TCP的服務器，選用VS2010-C#作為上位機的編程和設計軟件，兩者之間通過TCP/IP協議實現通信[2]。

華南理工大學的程坤等人基于C/S模式，采用C#編程語言編寫通訊代碼，并設計了窗體應用程序。實現了對建筑中的設備等進行遠程實時監控。可遠程控制用電設備的開啟與關閉，調整燈泡亮度，調整空調風速大小等。有效實現了建筑智能化管理，降低了人力和運營維護成本[3]。

江蘇大學的朱津津基于以太網的通信，以S7-300作為下位機監控并采集現場數據，上位機采用Socket編程，兩者之間的通信協議為TCP/IP。實現了某鋁軋機生產企業的網絡管理，能夠實時得知現場各個設備的狀態，并在發生危險警報時將消息發送至員工的手機[4]。

大同市西郊污水處理廠的王芳芳基于PLC+工業以太網+上位機監控的拓撲結構實現了污水廠的遠程控制，有效提高了運行速度與處理效率。該結構分為三層結構，即現場控制層、網絡通訊層和集中監控層。采用TCP/IP技術以及C/S架構通信，PLC作為Server端，PC端作為Client端，利用Socket通訊控件和傳輸協議來尋找Server端地址和端口，從而建立連接實現數據交換[5]。

2 倉庫遠程控制系統設計方案

2.1 系統總體設計方案

本系統總共分為三個部分，如圖1所示，分為下位機數據采集、PC機數據顯示及控制、手機端App控制。

系統中選用PLC作為下位機，在倉庫現場負責采集數據以及處理遠程PC端傳輸來的命令。本次設計采用西門子S7-200Smart作為現場控制PLC，S7-200Smart最為突出的優點在于標配了以太網接口，便于進行以太網通信，擺脫了傳統的PPI電纜。可以實現Smart與編程電腦、與其他多臺Smart、與其他西門子產品、與支持TCP/IP協議的產品進行通信。

遠程PC端作為上位機，管理人員可在該PC機上操控倉庫現場的設備。上位機主要運行上位機軟件，上位機軟件主要分為兩部分：一部分作為TCP的客戶端實現與PLC的數據交換，一部分作為MQTT服務器以及MQTT客戶端的搭建，進而與手機端實現通信。

手機App設置MQTT客戶端，從而可以訪問MQTT服務器得知實驗的數據以及設備的狀態，并可實現遠程控制倉庫現場設備等。

3 系統設計實現

3.1 PLC端功能設計

PLC端功能設計主要是包含PLC端口分配，程序部分主要分為基于MODBUS RTU的通訊程序、TCP服務器端程序以及手機端App程序。

3.1.1 IO端口分配

3.1.2 MODBUS RTU通訊

采用MODBUS通訊將PLC作為主站，溫濕度傳感器作為從站讀取倉庫的溫濕度。采用03功能碼讀取寄存器的地址，從站溫濕度的起始地址為0X01，則對應的讀取地址為40001+1=40002。將讀取到的數值經過一系列轉化后得到真正的溫濕度的值，之后可以調用比較指令模塊，當數值超過限定值時，就接通輸出線圈，觸發報警。

3.1.3 TCP服務器端功能設計

將PLC端作為服務器端，建立與PC端的連接，實現數據的交互。TCP功能設計中采用了TCP_SEND指令和TCP_RECV指令用于服務器向客戶端發送數據和接收數據。

3.1.4 Socket功能設計實現

Socket功能設計主要是在VS2019平臺下基于TCP通訊的相關技術以及具體代碼實現。其中包含了TCP連接的建立、讀取PLC中數據、向PLC寫入數據;

在WINFORM界面布局按鈕、提示信息、對話框等。標明PLC的IP地址及端口號，并設置“連接”按鈕;當用戶按下“連接”按鈕后，在文本顯示框中顯示“連接進行中……”“連接成功”“連接失敗”等字段，方便用戶知曉連接的具體狀態。設置電燈、空調、門鎖的開關按鈕，用戶點擊時則調用客戶端向服務器相應的存儲區發送數據。設置四個標簽，用于顯示溫濕度的具體信息和報警信息。

當“連接”按鈕被點擊時，建立一個用于通訊的Socket，該Socket所對應的IP地址及端口號則是文本輸入框中用戶輸入的內容。之后調用Connect（）函數建立連接并在TextBox中輸出連接成功與否的提示信息。

當相應設備的開關按鈕被按下時，則改變數組中相對應的數值，并將數組通過Send（）函數發送到PLC。在提示信息顯示欄實時顯示設備的狀態。

3.1.5 手機端App設計

為了實現PC端和手機端的數據能夠共享，采用MQTT協議構建服務器和客戶端，則PC端的MQTT客戶端和手機端的MQTT客戶端能夠通過MQTT服務器實現訂閱發布主題從而實現數據交互。

設計MQTT服務器和MQTT客戶端兩個界面。服務器界面用于開啟或關閉服務器，并在消息欄中顯示具體過程信息。

4 結論

本文以PLC作為主控設備實現數據采集，設計了基于TCP/IP協議的倉庫遠程監控系統。該系統能夠實現在倉庫無人參與的情況下，遠程控制倉庫設備的開啟與關閉;并獲取倉庫的溫度，在溫度超出設定溫度時觸發報警，相關的設備信息和報警信息可以實時發送到管理人員手機App上，實現對倉庫設備及運行狀態的實時監控。

雖然目前遠程監控技術尚不成熟，但卻處于飛速發展的階段，并且擁有很廣闊的發展前景。遠程監控的相關技術可以擴展到其他更多的方面，比如實驗室的遠程監控與管理;在教學方面，可以實現實驗室設備遠程操作和管理，提高學生的實驗參與度;在研究方面，當涉及生物、化學、醫學等一些具有危險性的實驗時，可以使研究人員與實驗環境相隔離，同時也能實時獲得實驗結果與數據;在化工工廠方面，可以有效減少工人的工作負擔，意外發生時也能及時觸發報警系統并采取相應措施。可以說，遠程監控的相關技術促進了人工智能與自動化，能夠做到現場無人參與下的監控與管理[6]。

參考文獻：

[1] 陳冬梅.基于PLC的計算機通訊監控系統的研究與應用[J].電腦知識與技術，2017，13（6）：24-26.

[2] 徐鍵.基于Modbus TCP實現S7-200 Smart與PC間的通信應用[J].自動化博覽，2017（10）： 70-73.

[3] 程坤，胥布工，李偉勝，等.基于C/S模式的智能建筑用電設備監控系統設計[J].建筑節能，2017，45（3）：107-110.

[4] 朱津津.基于工業以太網的遠程監測系統的研究與設計[D].鎮江：江蘇大學，2016.

[5] 王芳芳.簡析基于PLC和工業以太網的污水處理監控系統[J].大科技， 2020（3）：298.

[6] 劉婷，錢揚義，彭豪.基于網絡的遠程實驗室研究：國內13年研究回顧[J].遠程教育雜志，2013，31（2）：107-112.

【通聯編輯：梁書】