网络通信与工业电气自动控制应用

邢金春

摘要：随着社会的快速发展，科技的进步、工业领域已经进入了自动化生产时代，为了不断提高工业生产的自动化水平，基于PLC 的电气控制系统进行了网络扩展，PLC与上位机网络通信环境的建立，对基于PLC 工业现场控制系统远程维护、设备的运行状态进行全面监测和故障诊断。

关键词：PLC远程控制 网络通信 TCP/IP VPN

伴随电子技术和计算机网络技术逐渐深入到生产生活的各个角落，而其中的PLC技术作为一种重要的控制技术，给基于PLC的控制系统提出了网络通信的要求。PLC发展至今，网络功能已经成为PLC技术的一大特点，加上可编程控制器的操作简便性，能够通过模拟对设备运行过程中存在的问题进行诊断分析，从而更加准确地了解设备运行中存在的问题，这些都为上位机与PLC的联网通信提供了条件。PLC与上位计算机（PC）结合后，可以充分利用上位计算机强大的图形显示能力、浮点运算能力和方便的外存储手段等，实现实时数据的采集、处理和存储。

1、PLC定义

PLC控制系统，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

1.1、PLC通用性强

在PLC应用过程中能够支持对工业环境的设计，PLC的通用性在运用过程中表现在相对应的装置设备特别齐全，能够满足不同控制对象所需要的不同的要求，同时在PLC使用过程中人与机器能够相互配合及通讯设备良好应用，相关控制工作可行性非常高，操作过程简单易学。PLC技术的通用性大大提高了电气自动化控制中的效率。PLC技术可以和其它设备进行合理的契合以此达到电气工程自动化控制的要求。

1.2、PLC可靠性高

PLC实现了对大规模集成电路技术的大幅度应用，对于传统意义上来讲，在接触器的控制系统而言，PLC的好处便在于它省去了大量的硬接点去也就意味着在PLC技术的运用期间故障的发生率会大大的降低，对PLC的系统工程抗干扰能力也有大幅度提升的重要价值。PLC技术相对于其他技术而言可靠性较高，有较强的可参考性。PLC的运行速度快，智能化程度高，集成密度大网络分布范围大，这些特点和优势充分满足了电气工程自动化的需要，也是PLC技术在于电气工程自动化技术的优势因素。

1.3、PLC便捷性好

PLC系统支持利用计算机进行现实模拟实验来支持对相关设备的设计安全操作，此行为对减少工作量、加大工作效率有重要效果，同时PLC技术拥有自我诊断的作用，能够在相应合适的时间段内进行相应高效的对于故障进行分析与检测，来对维修提供准确切实的技术及数据支持，来保证系统正常有效率的运行。在PLC控制系统实际应用中，其良好的便捷性为自动控制的完成提供了保障，所以在PLC控制技术的研究中，我们必须加强对系统整体便捷性的技术研究工作，特别是在高温高压等较为恶劣的生产环境及生产过程中，电磁干扰严重的生产环境中，更要提高系统整体的便捷性来达到技术进一步的高效应用。

2、网络通信技术在PLC中的应用

TCP/IP协议

TCP/IP协议源于1969年，是针对Internet开发的一种体系结构和协议标准，目的在于解决异种计算机网络的通信问题。使得网络在互联时能为用户提供一种通用、一致的通信服务。是Internet采用的协议标准。

TCP/IP是一组通信协议的代名词，是由一系列协议组成的协议簇。它本身指两个协议集：

TCP（传输控制协议）。

IP（互联网络协议）。

TCP/IP协议的基本传输单位是数据包（Datagram）。

TCP协议负责把数据分成若干个数据包，并给每个数据包加上包頭，包头上有相应的编号，以保证在数据接收端能将数据还原为原来的格式。

IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址，这样数据找到自己要去的地方，如果传输过程中出现数据丢失、失真等情况，TCP协议会自动要求数据重传。

3、工业智能网关在plc中的应用

利用编程软件对plc远程编程与调试，程序的上传和下载，监测和故障诊断，实现plc的远程控制的需求变得越来越多。工业智能网关利用VPN over P2P远程安全通讯方式，实现plc远程控制，不仅保证PLC数据与普通互联网进行隔离传送，还保证了PLC数据在不经过云服务器的情况下直接传送至监控室，既减轻了云服务器的负荷，也进一步确保了plc数据的安全性。

3.1、组网系统

工业网关支持所有主流plc，，如西门子，三菱，欧姆龙，台达等。系统以plc为设备控制核心，以plc远程监控网关为数据远程采集终端，通过4G、wifi及以太网等多种通信方式再通过VPN over P2P的专用安全通道直接将PLC的程序及运行参数采集至PC、LED屏等监控终端。

依靠监控终端的编程软件实现对远程PLC的远程编程与调试、在线监控、在线仿真、程序的上传与下载、数据远程采集、设备远程控制等功能。

3.2、工业智能网关对plc远程控制可实现的功能

1、PLC远程在线监视及编程

2、设备远程操控，参数远程采集

3、设备集约化管理

3、参数超阀预警，故障预警

3.3、智能网关可靠性与支持

利用工业智能网关对plc远程控制实现对设备进行远端实时维护，不仅提高企业对设备故障的综合防范能力和诊断水平，在大幅度降低故障率的同时为客户提供了更快捷的服务，既减少了设备工程师的现场维护时间和费用成本，也有效减少了客户损失。

对于PLC控制网络设备，其体积较小，在工业生产中的应用非常灵活，加上编程语言较为丰富，能够应用在各种自动化控制装置中，其在恶劣环境中的适应性较强，因此能够被广泛应用在工业生产中。

对于网络通信技术，其在工业远程故障诊断中的应用具有非常重要的作用，通过这一设备能够对工业生产中存在的不安定因素进行准确分析，从而掌握设备运行故障并对其进行及时修复处理。

而对于远程控制故障诊断技术，系统采用的是一种公共网络传输数据包，虽然在数据传输过程中受到的限制较少，但由于其开放性较大，导致运行数据很可能被窃听或者篡改，从而导致远程故障诊断控制出现漏洞和失误，严重的可能会导致工业生产出现安全事故，因此，如何提高远程故障诊断技术的安全性是非常重要的，如采用VPN虚拟专用网络。

4、面向PLC远程控制云平台软件

远程控制云平台系统是利用PLC领域的专业知识和推断能力，控制模拟故障，并解决问题的人工智能软件系统。

远程控制云平台软件系统大多分为以下几大部分组成：远程监控、远程编程、报表管理、数据分析、专家系统、报警管理等。

远程监控可以实时监控PLC设备的工作状态，如触摸屏、组态等，可以对现场的设备进行视频的监控。

远程控制可以异地远程对PLC或者触摸屏进行在线编程，上下载程序等，数据分析是根据已有的数据和要求，结合知识储备仓的理论和事实，按顺序进行可控的推理，进而得出想要的数据。进行数据交换，轉化系统内外的数据形式，以表格或者语言表达出来，供工作人员识别和参考。能够有效地诊断和模拟远程电气工程中的故障，有效地解决故障问题。

PLC的故障诊断过程可以分为3个步骤：第一步是检测设备状态的信号，第二步是从检测到的信号中获取可能的故障信息，第三步是根据获得的信息，结合其他的故障经验，用合适的方式来判断电气设备的状态，确定设备能否正常运行。

5结语

经济社会的快速发展使得工业面临着技术提升、设备更新的挑战。工业控制必须朝着自动化、连续化、高效化的方向发展。电气设备的正常安全运行是工作人员人身健康得以保障的基础，现场设备若顺应时代的发展，必须能够实现远程控制和故障诊断。远程控制诊断技术是一个跨越多学科的新型技术，包含最前沿的科学理论和技术，在现代社会得到了广泛应用。基于网络通信PLC远程控制的电气设备故障诊断技术可以实现对设备的实时检测，提高设备故障的诊断效率，及时发现问题，采取综合的手段解决问题，最终推进电气工程事业的发展。

参考文献

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[2]陈健.PLC控制网络的远程电气故障诊断探析[J].科技创业家，2014

[3]戴月.PLC控制网络的远程电气故障诊断[J].网络通信，2014

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