PLC远程控制系统设计

郅富标

(河南工业和信息化职业学院，河南 焦作 454000)



PLC远程控制系统设计

郅富标

(河南工业和信息化职业学院，河南 焦作 454000)

为满足工业远程网络监控的快速发展需求，设计一种基于网际组态软件WebAccess的远程异构式网络监控系统。首先以分布式控制为指导思想，确定自下而上的分层控制方案，以RS485和Profibus现场总线连接底层设备，以MCGS和WinCC构成中间控制层，最后以WebAccess完成远程控制。采用中间件技术实现不同组态软件之间的数据交互。系统综合调试结果显示，该系统集成方案合理，实现了双向远程数据信息的交互，系统整体满足设计要求，设计思路有较强的新颖性和实用性。

WebAccess；PLC；远程监控；分布式控制；组态软件

引言

计算机网络技术的快速发展给控制系统领域带来了一些列变革，其与控制技术的融合诞生了网络控制系统。目前网络控制系统主要包括PLC网络，分散控制网络，现场总线网络以及工业以太网等。基于Internet的网络技术正在被广泛应用，同时伴随现场总线技术，信息交互中间件技术，组态软件技术，Web远程操作等技术的彼此交叉影响，为将传统控制系统推向更加智能化、多元化、集散化创造了条件。通用工业组态软件的集成度和兼容性越来越高，大大节省了工业控制系统的周期。作为一种专业编程和组态软件平台，组态软件支持多种通讯协议，并兼容众多工业产品，为用户实现多设备互联提供了有力支持。借助组态软件可快速开发出具有图形，图标，趋势曲线，实时数据库，报警信号，报表存储等功能的可视化控制界面，并可通过Web浏览器方便的实现远程监控，相关编程人员不需要掌握复杂的编程语言，只需要以类似“搭积木”的方式针对待设计的系统进行系统拼接，并完成简单的接口参数设置即可。伴随越来越多主流厂商的加入和主动开发其自身协议接口，相信组态软件在未来将被不断赋予新的内容。

1.整体系统设计

系统整体设计对象是面向PLC底层控制的基于计算机网络技术的远程综合控制系统，上位机程序利用WebAccess开发，采用三菱FX2N型号的PLC作为底层控制网络，并以多关节机械手为对象的物流管控系统设计作为应用对象，验证整体系统的可行性，而在物流管控系统，选用的是西门子S7-200型号的PLC。整体工作包含三大部分内容：

(1)搭建基于三菱FX2N PLC的网络综合控制系统；

(2)以物流管控系统为具体应用对象，组建基于西门子S7-200 PLC和现场总线技术的多关节机械手及码垛自动物流系统。

(3)实现异构系统集成以及中间件信息交互，完成整体远程监控系统满足基于Internet的远程测控。

2. 现场底层控制系统设计

2.1 基于三菱FX2N PLC综合控制网络

采用三菱FX2N PLC是完成下位多台独立PLC分别控制不同的现场设备构成各个从站，通过485网络通信，构成1：N网络系统，最终将各从站统一交由一台上位机进行监控，并定义为通信网络主站。整体网络采用专用协议和计算机进行连接，一个主站最多可搭载16个独立PLC控制系统。各从站PLC之间的连接是通过FX2N-485-BD模块自带接口实现，构成下位机RS485网络，各站独立数据延伸通信距离不超过50米，若不使用FX2N-485-BD模块，则最大延伸距离可扩展为500米，所以如果现场设备要求的通信距离大于50米时，可通过485通信网络对通信距离进行延伸扩展，以从最大程度上发挥PLC现场工作优势。

2.2 多关节机械手物流仓储管控系统

以现代物流仓储为实际应用对象，设计面向自动化立体仓储的实验装置平台，构建物流信息实时管理与监控系统，整体设计方案如图1所示。

图1 实时物流仓储管理系统结构示意图

监控层内部采用WinCC和数据库相配合的DDE通信管理模式，监控层和控制层之间的三个西门子S7-200 PLC构成PROFIBUS- DP控制网络，分别控制堆垛机、机械手和辊道输送机三个具体的设备对象，最终通过EM277扩展模块连接到PROFIBUS-DP现场总线上。整体物流仓储管理系统以配置有WinCC HMI/SCADA的PC机作为上位机，通过插在主机箱内的CP5611网卡与下层S7-200 PLC通过EM277 DP模块进行连接和通信。

3. 上层综合监控与通信网络设计

针对中间控制层和远程监控层两个不同级别的控制网络系统，为了保障网络化协调发展，达到网络资源最优配置，实现易操作的远程监控，结合用户对于系统集成、分布式控制、集中管理、独立分层设计等具体要求，提出基于MCGS，WinCC，WebAccess，OPC中间件技术，以太网技术以及互联网接入技术的综合远程网络构建方案。

3.1 基于WebAccess网际组态软件远程监控方案

在当前众多组态技术各自占据一部分市场的大背景下，通过综合分析和比较三种解决方案，最终选取性能最优的WebAccess网际组态软件作为本系统的首选软件。为了更好的验证选择方案的最优性，现以三种解决方案为例，进行分析评述。

(1)MCGS网络版组网方案：

MCGS组态软件自身具有WWW网络版的功能，通过此网络版设计的控制系统具有Internet远程浏览的功能，能够通过搭载于任何一台接入互联网的IE浏览器进行远程浏览与操作控制，它是一种基于浏览器/服务器(B、S)的通信模式。开发者在MCGS网络版中对HTTP等参数进行设置，启动运行工程。远端用户只需打开IE浏览器，在地址栏输入运行工程的用户的IP，就能实现直接访问此计算机，进一步可浏览到工程中设定好的组态画面，以此完成基于MCGS网络版的远程组网，在安全性方面，开发者可以通过给用户设定不同的访问权限或设置登陆密码的方式维护系统的安全。该方案是一种最基础的简单、快速远程组网方案。

(2)WinCC服务器方案

WinCC的客户机/服务器结构(CS)是一种较广泛应用的服务器型网络结构。所谓服务器型，就是通过功能较普通PC更为强大的服务器作为控制主站，其高性能优势在高速运算能力、长时间不间断可靠运行、外部大数据吞吐能力等方面得到很好的展现。采用WinCC服务器方式建立网络结构，可以保证物流系统的整体一致性。

(3)WebAccess综合开发方案

WebAccess是集成功能强大的网际监控软件，可以将被监控的底层三菱系统主站PC机作为Server，并设置另一台PC机作为Client，整体采用OPC中间件技术、DDE决策技术等通讯模式进行综合组网。

3.2 物流仓储远程监控设计方案

所提物流管理系统采用西门子S7-200 PLC作为主要硬件控制单元，软件设计单元则采用OPC中间件通讯模式，利用中间件技术，将监控物流系统的一台PC机作为WinCC OPC Server，另一台PC机作为WebAccess OPC Client，构建如图2所示现代远程物流管理系统。

如图所示，所提设计方案采用WebAccess网络构架中的单机系统，远程用户可以通过以太网或互联网，使用PC系统自带的IE浏览器进行远程编程和参数设计。通过带WinCC的上位机将PLC底层设备中的信息经以太网保存，或者传送到WebAccess单机系统中，最终同样采用如前文所述的将WebAccess作为服务器以HTTP、FTP、HTML等协议方式经以太网传给远程客户机信息。为了使系统更加完善，同样考虑将网络系统设计成冗余网络以增强系统的可靠性。

4. 系统功能调试

在完成不同网络层的独立设计后，对整体系统进行了组装和调试。与其余方案对比，所选方案采用研华公司开发的WebAccess网际组态软件，其系统构架网络层次分明有着很好的优越性，便于控制与管理，其强有力网络通讯功能给我们提供了巨大支持，在获取WebAccess授权后，几乎不需要其他多余的硬件设施即可完成网络系统的构建，同时研华公司对WebAccess的授权只需要一次性购买，其后再无点数限制，可享受无限点待遇。冗余系统设计是WebAccess的最大亮点，不仅使用方便，更具有高可靠性。

结语

本文针对工业现场实时远程控制的时代需求，设计一套基于网际组态软件WebAccess的远程异构式网络监控系统。具体工作和实现策略包括：基于三菱FX2N PLC构成综合网络底层现场控制系统，基于西门子S7-200 PLC和现场总线技术的多关节机械手及码垛现代自动物流仓储管理系统，基于MCGS和WinCC的组态软件编程实现的中间监控层，将由两个异构系统集成实现最上层远程监控层。系统整体具有分布式控制，集中管控，分层独立设计，冗余网络，防火墙维护和远程监控等特点，达到了设计预期要求。

PLC Remote Control System Design

ZHI Fu-biao

(Henan College of Industry and Information Technology, Jiaozuo 454000, China)

To meet the demand of the rapid development of industrial network remote monitoring, a kind of remote monitoring system based on the configuration software WebAccess heterogeneous network is designed. First of all, according to the guiding thought of distributed control, bottom-up hierarchical control scheme is determined, with RS485 and Profibus fieldbus connecting the underlying equipment, with MCGS and WinCC forming the intermediate control layer, finally using WebAccess to complete the remote control. Middleware technology was adopted to realize the data interaction between different configuration software. System integrated debugging results showed that the system integration scheme is reasonable, realizing the two-way interaction of remote data information, the overall system meets the design requirements, and design has strong novelty and practicality.

WebAccess; PLC; remote monitor; distributed control; configuration software

2016-04-20

郅富标(1976- )，男，硕士，河南工业和信息化职业学院讲师，从事煤矿井下供电、电气自动化的教学及研究。

TN911.7

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1671-3974(2016)03-0068-03