基于web的消磁电源训练模拟系统的远程控制

郑云波，赵文春，刘胜道

（海军工程大学 电气工程学院，武汉 430033）

基于web的消磁电源训练模拟系统的远程控制

郑云波，赵文春，刘胜道

（海军工程大学 电气工程学院，武汉 430033）

针对消磁电源训练模拟系统，从总体结构、硬件设计、软件设计三个方面设计了基于 web的远程控制方案。该设计有效地将实验室与各消磁站有机地联系在一起，构成系统网络，便于广大学员自由在线进行消磁电源模拟训练以及专家提供在线支持。

Internet远程控制消磁电源训练模拟系统PLC

0　引言

舰船消磁是指通过消磁电源往舰船外敷设的线圈中通强电流，利用此电流产生的磁场让舰船钢板及内部设备的磁结构发生变化，从而消除舰船固定磁场[1]。可见，在消磁勤务中，消磁电源的地位十分重要。我们在实验室制作了消磁电源模拟柜，通过PLC控制来模拟消磁电源运作，同时连接到PC机，通过PC机对其进行远程控制。考虑到电源所需的稳定性及安全性，我们并没有采取现在最新的无线连接，而是采用电缆连接PC机和模拟电源柜。而在远程客户端则通过PC机登陆浏览器，读取对该模拟电源柜的实验操作数据以及远程操作。本论文主要介绍消磁模拟电源基于web的远程控制系统设计方案。

1　消磁模拟电源远程控制系统的总体结构

1.1消磁电源训练模拟系统

消磁电源训练模拟系统主要是模拟消磁站实际消磁电源，利用可编程控制器PLC进行程序控制，使消磁电源模拟输出正负交替、逐渐衰减的间歇脉冲电流[2]。系统设计采用西门子公司的S7-200 CPU226系列PLC。其作为一种小型PLC，具有多种功能模块和人机界面，可以很容易组成PLC网络，系统集成也非常方便，可以较好地完成消磁电源所需要的各种控制。

1.2系统需求分析

随着计算机、通信等技术的飞速发展，网络控制越来越多的应用在实验室、工业控制等领域。西门子公司S7-200系列PLC目前主要网络结构有现场总线控制方式和以太网的控制方式，现在还有最新的红外控制、蓝牙控制等。而最新的红外控制和蓝牙控制，并不能确保数据的完整性和安全性，在远距离信息传输方面会有信息延迟和信息遗失，不能保证实验的可靠性。鉴于此，本实验最终通过 Internet将部队各地消磁站和学校消磁实验室连接成一个网络，采用远程数据/图像/声音实施采集和远程控制，在远程计算机上进行实验操作和获取学员操作信息。基于 Internet的远程控制充分利用了实验室的消磁模拟电源，让广大官兵和学员可以不受时间和地点的约束[3]，自由练习操作技能，熟练操作方法，可有效地降低实际消磁电源的误操作。

1.3总体结构设计

PLC具备多种数据通信接口和较为完善的数据通信能力，可以与其他PLC或者其他设备构成通信网络，实现复杂的控制要求。本实验采取基于B/S的上位连接系统网络。上位连接系统是一个自动化综合管理系统。服务器收集和管理上位机发送来的信息数据，并发送相关命令控制上位机运行。其总体结构如图1所示。

图1　远程控制系统总体结构图

设计上位计算机通过串行接口与PLC相连，对PLC进行监视和管理，构成集中管理、分散控制的分布式多级控制系统。而客户端和上位计算机之间通过浏览器/服务器模式进行远程监控。浏览器-服务器（B/S）模式是以web技术为基础，基于HTTP超文本传输协议完成的，如图2所示。这种模式要求远程客户端PC机通过HTTP通信协议向WEB服务器发出相应指令，服务器得到指令后，将指令转换为SQL语言访问数据库，在数据库服务器中，对指令进行对比校验，并进行相应的处理，将最终的数据结果传回web服务器，服务器对结果进行相应的转换，必要时加入一些相关信息，并最终转换成HTML页面，显示在客户端PC机的浏览器界面上。

图2　B/S工作模式

2　硬件结构

本实验所设计的基于web的消磁电源训练模拟系统是以实际的网络拓扑结构为模板，其硬件结构如图3所示。从地理位置上划分，基于web 的 PLC模拟消磁电源训练系统分为远程网络和本地实验室网络；从硬件结构上划分，该训练系统分为客户端层、服务器层、控制器层。在此需要说明的是，本实验利用了PLC直接模拟实际设备工作情况，故在本次实验中不存在设备层。在本实验中，远程网络即为相对应的客户端层及其相关网络器件，本地实验室网络则包括服务器层和控制器层。

2.1客户端层

客户端层，即指接入Internet的远程客户端，在本实验中包括管理者工作站、指导老师工作站和远程实验工作站。远程用户可以在 PC机上打开通用浏览器，在客户端web浏览器所提供的人机交互界面中登录到系统服务器中，在授权验证后，方可进行远程实验操作以及数据信息查询等功能。服务器在接收到客户端的指令后，将指令传达给PLC 200。客户端也作为接收端，接收传递上来的反馈信息和数据信息，并显示在浏览器页面上。客户端层主要与服务器进行通讯连接，完成传递指令、接收信息、对操作人员的身份进行验证等功能。

对于浏览器-服务器模式的控制方式而言，远程客户端要求非常简单，只需要配备一台电脑，能够运行PLC编程软件，远程用户即可在通用浏览器上进行模拟操作。

图3　消磁控制系统远程控制硬件结构

2.2服务器层

服务器层是整个远程控制系统的核心，也是这个系统的中转站[4]，它连接客户端层的 PC机和控制层的PLC：一方面将消磁模拟电源产生的数据信息、运行状态等参数保存到数据库中，再向远程客户端发送；另一方面将客户端发出的指令传送给控制层，同时完成HTTP协议的转换及操作者的授权认证。在本实验中，服务器层包括web服务器、数据库服务器、WinCC服务器、音频/视频服务器、远程实验代理服务器。由于实验设备的限制，所以将WinCC服务器、web服务器、数据库服务器都集中在远程实验代理服务器上，即实验室本地 PC，音频/视频服务器作为实验室的一个扩展功能。

Web服务器是专门用于为远程客户提供网络服务功能的服务器。该服务器运行为远程实验所设计的网站。操作者通过普通浏览器打开该网站，进行身份验证登陆后即可进行远程实验操作以及信息查询。

数据库服务器是以数据库表为依托，专门用于存放实验运行的实时数据、历史数据以及一些用户信息。数据库通过以太网，接收PLC和客户端之间传递的指令和数据，完成数据保存和整理功能。除此之外，数据库服务器还提供设备故障报警信息。数据库保存着用户信息、实验数据等大量重要信息，因此，数据库的安全性也是至关重要，关系着整个系统的数据安全问题。

WinCC服务器的实现是依托于西门子公司的组态软件 WinCC及其组件 WinCC Web Navigator。它不仅是远程实验服务器，对远程客户端的命令和参数进行解析执行，将结果反馈给远程客户端，也可作为远程实验代理服务器，对实验室模拟电源进行现场控制，与连接在工业以太网的控制设备进行通信，对 PLC进行现场监控，并将实验结果等保存到数据库中。

音频/视频服务器主要是提供现场声音及图像，让远程用户在做实验时效果更直观，同时作为一个模拟消磁电源训练系统，更接近于实际消磁电源。

3.3控制器层

控制器层的作用是对现场设备进行过程控制，为可视化单位提供数据并接受其控制命令。本实验中，西门子公司的S7系列200PLC，既作为实验设备，也能自动控制。STEP7为西门子公司旗下的 PLC编程软件，可以方便地对 S7-200 CPU进行编程、下载、上传和监控等操作。

3　软件结构

基于web的消磁电源训练模拟系统的远程控制软件结构主要有：web服务器、远程控制服务器、远程音频/视频服务器。其结构如图4所示。

3.1 Web服务器

Web服务器是远程客户端与控制服务器的接口。在web服务器中运行设计的网站页面上，操作者在界面上完成注册登录后，可以进入到远程控制界面完成消磁模拟电源训练，也可以进入到数据查询界面进行数据查询，管理者也可以进行用户信息管理。

图4　消磁控制系统远程控制软件结构

3.2远程控制服务器

远程控制服务器的设计有两种方法：其中一种就是利用数据库之间数据传输实现，将数据先传到数据库中，然后在远程客户界面上显示所需的实时数据或者历史数据，从而为用户提供相应的远程控制界面；另一种指的是运用WinCC Web Navigator发布的远程控制平台，其服务器如图5所示。WinCC是西门子和微软合作开发的监控系统软件，是目前最常用的三大SCADA Supervisory Control And Data Acquisit I/On，数据采集与监视控制系统)之一[5]。该平台接收远程客户端的命令和参数，将必要的数据和命令保存到数据库中，而远程客户端则通过 WinCC Web Navigator客户端输入各种命令和参数，实现对现场控制对象PLC的控制[6]。

图5　WinCC服务器结构图

4　结束

本论文主要通过对消磁电源训练模拟系统的研究，提出了远程控制系统的总体设计思路，从总体结构、硬件设计、软件设计三个方面设计了其基于web的消磁电源训练模拟系统远程控制方案，该设计能有效地将实验室与各消磁站有机地联系在一起，构成消磁系统网络，便于广大学员在线进行消磁电源模拟训练以及专家提供在线支持。

[1] 赵文春. 一种新型消磁电源系统的模拟研究[J]. 舰船电子工程，2011，(5): 157-159.

[2] 严孟奎. 消磁电源训练模拟系统研究[D]. 武汉:海军工程大学硕士论文，2010，(11).

[3] 唐鸿儒. 基于 Internet的远程控制实验室研究[J].测控技术，2005，25(2): 54-58.

[4] 孙承志. 西门子 S7-200/300/400PLC基础与应用技术[M]. 机械工业出版社，2009.

[5] 赵德瑞. 基于Web的PLC控制系统远程监控技术的研究[D]. 河北: 河北工业大学2010.

[6] 武立甲. 基于WEB的PLC远程监控系统的研究[D].合肥: 太原科技大学2013.

Remote Control of Degaussing Power Training/Simulation System Based on Web

Zheng Yunbo，Zhao Wenchun，Liu Shengdao
(College of Electrical Eng.，Naval Univ. of Engineering，Wuhan 430033，China)

The remote control scheme of degaussing power training/simulation system is designed in terms of overall structure，software and hardware based on the web. This design connects lab and degaussing station together to be a system network，which is convenient for the students to have online degaussing power simulation training freely and the experts to give online support.

Internet; remote control; degaussing power training/simulation system; PLC

TP391.9

A

1003-4862（2015）12-0077-04

2015-10-08

郑云波（1990-），女，硕士。专业方向：消磁电源的控制。