施耐德M241 PLC通过以太网对SCADA系统的数据采集

张强 庄严 李勇 唐海丽

摘  要 SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制。PLC在SCADA系统的作用是数据采集，服务器通过PLC采集传感器、仪表等的数据，用于实现自动化控制。主要采用施耐德公司的M241 PLC搭建一个技术实验平台，通过Modbus TCP以太网通信方式与异地装有施耐德公司的EcoStruxure Machine SCADA Expert（简称EMSE）软件的终端系统进行通信，完成数据采集的工作任务。

关键词 职业院校;教材;PLC控制器;SCADA系统;数据采集;实验平台

中图分类号：G642.423    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）24-0003-04

Data Acquisition of SCADA System to Schneider M241 PLC

Through Ethernet//ZHANG Qiang， ZHUANG Yan， LI Yong， TANG

Haili

Abstract The SCADA system is to control and dispatch the produc-tive process of the automation system based on the computer tech-nology. It can supervise and control the equipment of the production site. The role of the PLC is the data acquisition. The sever can get data from the sensors， meters， etc. to realize the automation. The paper will build an experiment platform based on the Schneider M241 PLC， which can communicate with the remote terminal sys-

tem through the “Modbus TCP” mode， to accomplish the data acqui-

sition， and the terminal system is installed the software “EcoStruxure Machine SCADA Expert” of the Schneider Company.

Key words vocational college; teaching material; PLC controller; SCADA system; data acquisition; experiment platform

0  前言

目前，我国国力日渐增强，成为仅次于美国的世界第二大经济体，科学技术发展日新月异，各种新技术、新设备如雨后春笋般不断涌现，迫切需要职业院校培养具有现代化设备开发、管理与维护技能的人才。施耐德电气（中国）有限公司为加强与职业院校的合作，提出“碧播职业教育计划”，准备针对施耐德公司的PLC、变频器、伺服驱动器等设备开发一系列适应现代化教育形势的活页式职业技能培训教材。作为北京电子科技职业学院的专业教师，笔者主要参与进行了施耐德PLC教材的编写，重点研究了施耐德M241PLC通过以太网对SCADA系统的数据采集。

SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition （监控与数据采集）的缩写，是一个含义较广的术语，应用于可对安装在远距离场地的设备进行中央控制和监视的系统。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集与测量、各类信号报警、设备控制以及参数调节等各项功能。SCADA系统广泛应用于生产制造、过程控制、基础设施建设、智能建筑等，可以简单到只需通过一对导线连在远端的一个开关，也可复杂到一个计算机网络。它由许多网络终端设备组成，并与安装在控制区域内或远程监控室内的工业计算机进行通信。

通常SCADA系统分为两个层面，即服务器与客户端。服务器与硬件设备通信，进行数据处理和运算。客户端用于人机交互，如用文字、动画显示现场的状态，并可以对现场的开关、阀门进行操作。还有一种超远程客户，它可以通过Web发布在Internet上进行监控。硬件设备（如PLC）

一般既可以通过点到点方式连接，也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口（RS232），总线方式可以是RS485、以太网（如Modus TCP）等连接方式。

创建SCADA系统的软件通常被称为监控组态软件或组态软件，是工业自动化系统的人机界面，是一种软件平台。当PLC与SCADA系统进行通信时，PLC通常以服务器角色为SCADA软件提供监控设备的实时数据。SCADA系统以客户端角色对PLC提供的设备数据进行信号报警、设备控制以及参数调节等功能操作，以实现对现场运行设备的监视和控制。

本文主要针对M241采用Modbus TCP以太网通信方式与装有EMSE的终端计算机进行数据交换，搭建一个实验平台，使学生通过实际编程、硬件连接、软件调试，获得远程设备运行数据的采集方法。

1  實验平台的设计

在甲地安装PLC控制器模拟现场设备控制器，其以太网口连接到路由器的LAN口，路由器的WLAN口通过Wi-Fi连接电信宽带，进而连接互联网。在计算机上安装施耐德PLC编程软件EcoStruxre Machine Expert（简称ESME），测试人员使用计算机来设置路由器、下载M241测试程序等。

在乙地安装SCADA终端计算机，通过以太网线或Wi-Fi连接网关、路由器、热点等连接互联网。测试人员在这台计算机上运行SCADA终端程序，并在这台计算机上安装ESME，远程对甲地PLC控制器进行调试。

甲地PLC控制器和乙地SCADA终端计算机的远程连接借助于映翰通InConnect平台来实现，实验平台的架构如图1所示。其中包含下列硬件设备：

1）PLC控制器，采用施耐德TM241CEC24T型PLC（以下简称M241），其特点是内置以太网接口，支持Modbus TCP通信协议，安装在甲地;

2）路由器，采用IR615S型，其特点是内置WAN、LAN接口，4G全网通，支持Wi-Fi，安装在甲地;

3）宽带光猫，采用联通宽带自带无线路由器，也可选用其他网络运营商的网络，安装在甲地;

4）调试用计算机，要求已安装ESME，用于设置路由器和M241、下载M241测试程序，安装在甲地;

5）SCADA终端计算机，要求已安装EMSE，能够运行SCADA终端程序，安装ESME后也可以用于远程调试甲地M241，安装在乙地;

6）网关、路由器或热点等，要求满足乙地计算机连接互联网，对于网络运营商无特别要求。

2  实验调试过程

2.1  注册InConnect平台账户

甲地M241和乙地SCADA终端计算机的远程连接是借助映翰通InHand Connect Service云平台（简称InConnect）

来实现的，该平台通过人性化的用户界面和簡易的使用流程，可以实现设备、信息安全稳定地互联互通。

在测试开始前，需要到InConnect平台网址上注册账户，注册成功后登录平台，点击用户列表里用户名称后的“下载Open VPN配置文件”，将客户端配置文件下载到本地;然后点击“新建路由器”，填写甲地路由器的名称（自定义）、型号、序列号，点击确定后，获取路由器的虚拟IP地址。当需要使用乙地计算机远程设置甲地路由器时（前提是甲地路由器已启用设备远程管理平台），可以在浏览器中使用这个虚拟IP地址打开甲地路由器管理页面。完成上述设置后，乙地SCADA终端计算机在远程连接甲地M241时，不需要登录InConnect平台，只需运行其客户端Open VPN并执行连接即可。

2.2  设置甲地路由器

1）调试用计算机连接路由器的LAN口，设置计算机IP地址、DNS为“自动获取”。

2）用192.168.2.1打开并登录路由器管理页面，用户名为adm，密码为123456。

3）设置路由器WLAN模式为STA，在WLAN客户端连接电信宽带Wi-Fi。

4）设置路由器LAN为静态IP，设置DHCP的IP地址范围，绑定M241的MAC地址与真实的IP地址。这里要注意LAN口的IP地址与WLAN口的IP地址不能设置成同一号段，例如：WLAN的IP地址为17.7.7.10，LAN的IP地址设置为17.0.0.30，DHCP的IP地址范围设置为17.0.0.31～17.0.

0.254。

5）启用设备远程管理平台，登录在InConnect平台上注册的账户。

6）点击路由器后的“设备管理”，在随后出现的对话框里填写目标甲地M241的真实IP地址、名称（自定义），点击“保存”后，获得甲地M241的虚拟IP地址。

2.3  设置甲地M241

1）将M241的以太网口连接到路由器的LAN口。

2）启动调试用计算机里的ESME软件，将MyController

里的连接模式设置为“自动”，刷新到目标PLC后，选中，右键菜单“处理通讯设置”里“启动模式”设置为“DHCP”，并勾选“永久保存设置”。

3）将测试程序下载到M241中。

2.4  远程连接

1）根据计算机系统的类别选择相应的安装程序安装InConnect的客户端Open VPN。

2）将计算机联网，启动Open VPN客户端，执行“导入配置文件”，导入从InConnect平台下载的Open VPN配置文件，导入后执行“连接”。

3）启动EMSE，运行SCADA终端程序，观察画面内数值的变化。如果ESME是安装在虚拟机中，虚拟机的网络适配器采用桥接模式，桥接适配器选择使计算机连接互联网的适配器。

4）在安装Open VPN后，计算机或虚拟机会新增一个型号为“TAP-windows Adapter V9”的网络适配器，此适配器不可禁用，一旦禁用，Open VPN将无法连接。

5）远程连接期间乙地SCADA终端计算机或虚拟机应保持防火墙、浏览器代理关闭。

6）远程连接时，SCADA程序数据点表里PLC的IP地址是M241的虚拟IP地址10.16.32.1，不是真实IP地址17.0.0.45。

2.5  远程调试M241

当布置在乙地的计算机上安装了ESME，则乙地测试人员在这台计算机上还可以远程对甲地M241进行调试，甲地路由器和M241的设置、乙地计算机远程连接M241的操作步骤与前述方法相同，区别在于远程调试时要在ESME软件中对系统进行相关设置。

1）为Gateway添加远程连接。打开Gateway Manage-

ment Console，在Static Remote Connection里填写甲地M241的虚拟IP地址，点击“Add connection”，等待State

显示为“Connected as a client”。

2）启动ESME，在MyController里的连接模式设置为“通过NAT设置IP地址（TCP）”，NAT地址/端口为M241的虚拟IP地址/1105，目标IP地址为M241的真实IP地址，刷新到目标M241后，目标M241的“ConnectMode”显示为REM，代表是远程连接到目标M241的。

3）双击目标M241，在提示中点击“Yes”后，连接模式自动变为“节点名称”，再次双击目标M241并执行登录，则登录成功。

2.6  运行测试程序

测试程序主要包含以下部分。

1）采用Modbus TCP协议直接通信方式，其中在甲地計算机编写测试程序“M241-InHand-SCADA”并下载到M241，

程序设计举例如图2所示。提供12个不同类型的数据点，其中九个数值自动周期变化，余下三个供用户写入。在乙地SCADA终端计算机编写测试程序“XL-M241-remote”，界面实时显示来自M241的数据点数值。

2）采用OPC UA通信方式，其中在甲地计算机编写测试程序“M241-InHand-SCADA-OPCUA”并下载到M241。提供12个不同类型的数据点，其中九个数值自动周期变化，余下三个供用户写入。在乙地SCADA终端计算机编写测试程序“XL-M241-OPCUA-remote”，界面实时显示来自M241的数据点数值。

3  结语

通过实验测试，本设计达到预期效果，成功实现M241与远程SCADA终端系统的数据采集，通过让学生硬件组态、软件编程、安装调试，可以有效提升他们对现代化设备的应用开发和维护管理能力，为今后在智能制造、工业互联网、数字化双胞胎等新技术方向上不断向前发展打下良好的基础。本文所研究的内容只是对这些先进技术的一个初步探索，将来还需要大家进一步共同努力，为提高我国的职业教育水平，培养出一批又一批德智体美劳全面发展的社会主义技能型人才，把我国建设成为社会主义现代化强国，实现中华民族伟大复兴的“中国梦”贡献自己的力量。■

参考文献

[1]北京映翰通网络技术服务有限公司.InConnect云平台“一站式”便捷联网服务平台使用手册[M].北京：2020.

[2]北京映翰通网络技术服务有限公司.InHand IR6XX-S 系列工业级路由器用户手册[M].北京：2019.

[3]施耐德电气（中国）有限公司.施耐德电气监控组态软件及应用（试用版）[M].北京：2020.