基于PLC的仓库远程监控系统设计

杨秀爽　栾迪

摘要：随着当代工业现代化和计算机网络技术的快速发展，远程监控技术应用越来越广泛，对仓库门禁设备、温度湿度的控制也越来越现代化。该文通过对远程控制技术、TCP/IP协议、Socket编程等方面进行研究，提出了仓库远程监控系统，实现了对仓库设备、门禁系统的远程控制，完成对仓库温度湿度的监测以及空调系统的控制，并实现了PC端及手机端同时监控，增强了仓库管理的安全性和灵活性，具有很好的应用前景。

关键词：PLC;远程控制;门禁系统;TCP/IP;Socket

中图分类号：TP29     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）08-0054-02

1 引言

随着当代工业现代化和计算机网络技术的快速发展，远程相关技术越来越成熟。在现场采集数据并获取设备的实时状态数据，工作人员可在远程终端监控并管理控制设备，以达到对现场设备的控制功能[1]。目前，该技术广泛应用于远程实验室教学、工厂及仓储系统的远程管理等。

本系统在传统仓库管理模式的基础上，提出了远程监控技术。传统的管理模式人员调用量大，且只适用于短距离的监控管理。而远程监控技术不受时间、空间、地理环境的影响，能够实现管理人员无时无刻，不分时间地点地获得仓库的实时设备状态，并控制相关设备的开启与关闭。除了PC端作为上位机进行远程监控，系统中还调用GSM等模块，将仓库的相关数据发送到工作人员的手机端，更加便于及时获知仓库的实时情况，有效减少了仓库的人员调动，增强了仓库管理的安全性。

国内的相关技术也在不断地发展进步。费森尤斯卡比华瑞制药有限公司的徐键为了得知药品的产量，并进行远程数据显示及处理，利用MODBUS TCP实现了S7-200Smart与PC间的数据通信。现场的PLC通过MODBUS RTU协议读取传感器的数值并将查到的数值存入寄存器。之后通过MODBUS TCP协议将相关数值传输到上位机PC端中。PLC端作为TCP的服务器，选用VS2010-C#作为上位机的编程和设计软件，两者之间通过TCP/IP协议实现通信[2]。

华南理工大学的程坤等人基于C/S模式，采用C#编程语言编写通讯代码，并设计了窗体应用程序。实现了对建筑中的设备等进行远程实时监控。可远程控制用电设备的开启与关闭，调整灯泡亮度，调整空调风速大小等。有效实现了建筑智能化管理，降低了人力和运营维护成本[3]。

江苏大学的朱津津基于以太网的通信，以S7-300作为下位机监控并采集现场数据，上位机采用Socket编程，两者之间的通信协议为TCP/IP。实现了某铝轧机生产企业的网络管理，能够实时得知现场各个设备的状态，并在发生危险警报时将消息发送至员工的手机[4]。

大同市西郊污水处理厂的王芳芳基于PLC+工业以太网+上位机监控的拓扑结构实现了污水厂的远程控制，有效提高了运行速度与处理效率。该结构分为三层结构，即现场控制层、网络通讯层和集中监控层。采用TCP/IP技术以及C/S架构通信，PLC作为Server端，PC端作为Client端，利用Socket通讯控件和传输协议来寻找Server端地址和端口，从而建立连接实现数据交换[5]。

2 仓库远程控制系统设计方案

2.1 系统总体设计方案

本系统总共分为三个部分，如图1所示，分为下位机数据采集、PC机数据显示及控制、手机端App控制。

系统中选用PLC作为下位机，在仓库现场负责采集数据以及处理远程PC端传输来的命令。本次设计采用西门子S7-200Smart作为现场控制PLC，S7-200Smart最为突出的优点在于标配了以太网接口，便于进行以太网通信，摆脱了传统的PPI电缆。可以实现Smart与编程电脑、与其他多台Smart、与其他西门子产品、与支持TCP/IP协议的产品进行通信。

远程PC端作为上位机，管理人员可在该PC机上操控仓库现场的设备。上位机主要运行上位机软件，上位机软件主要分为两部分：一部分作为TCP的客户端实现与PLC的数据交换，一部分作为MQTT服务器以及MQTT客户端的搭建，进而与手机端实现通信。

手机App设置MQTT客户端，从而可以访问MQTT服务器得知实验的数据以及设备的状态，并可实现远程控制仓库现场设备等。

3 系统设计实现

3.1 PLC端功能设计

PLC端功能设计主要是包含PLC端口分配，程序部分主要分为基于MODBUS RTU的通讯程序、TCP服务器端程序以及手机端App程序。

3.1.1 IO端口分配

3.1.2 MODBUS RTU通讯

采用MODBUS通讯将PLC作为主站，温湿度传感器作为从站读取仓库的温湿度。采用03功能码读取寄存器的地址，从站温湿度的起始地址为0X01，则对应的读取地址为40001+1=40002。将读取到的数值经过一系列转化后得到真正的温湿度的值，之后可以调用比较指令模块，当数值超过限定值时，就接通输出线圈，触发报警。

3.1.3 TCP服务器端功能设计

将PLC端作为服务器端，建立与PC端的连接，实现数据的交互。TCP功能设计中采用了TCP_SEND指令和TCP_RECV指令用于服务器向客户端发送数据和接收数据。

3.1.4 Socket功能设计实现

Socket功能设计主要是在VS2019平台下基于TCP通讯的相关技術以及具体代码实现。其中包含了TCP连接的建立、读取PLC中数据、向PLC写入数据;

在WINFORM界面布局按钮、提示信息、对话框等。标明PLC的IP地址及端口号，并设置“连接”按钮;当用户按下“连接”按钮后，在文本显示框中显示“连接进行中……”“连接成功”“连接失败”等字段，方便用户知晓连接的具体状态。设置电灯、空调、门锁的开关按钮，用户点击时则调用客户端向服务器相应的存储区发送数据。设置四个标签，用于显示温湿度的具体信息和报警信息。

当“连接”按钮被点击时，建立一个用于通讯的Socket，该Socket所对应的IP地址及端口号则是文本输入框中用户输入的内容。之后调用Connect（）函数建立连接并在TextBox中输出连接成功与否的提示信息。

当相应设备的开关按钮被按下时，则改变数组中相对应的数值，并将数组通过Send（）函数发送到PLC。在提示信息显示栏实时显示设备的状态。

3.1.5 手机端App设计

为了实现PC端和手机端的数据能够共享，采用MQTT协议构建服务器和客户端，则PC端的MQTT客户端和手机端的MQTT客户端能够通过MQTT服务器实现订阅发布主题从而实现数据交互。

设计MQTT服务器和MQTT客户端两个界面。服务器界面用于开启或关闭服务器，并在消息栏中显示具体过程信息。

4 结论

本文以PLC作为主控设备实现数据采集，设计了基于TCP/IP协议的仓库远程监控系统。该系统能够实现在仓库无人参与的情况下，远程控制仓库设备的开启与关闭;并获取仓库的温度，在温度超出设定温度时触发报警，相关的设备信息和报警信息可以实时发送到管理人员手机App上，实现对仓库设备及运行状态的实时监控。

虽然目前远程监控技术尚不成熟，但却处于飞速发展的阶段，并且拥有很广阔的发展前景。远程监控的相关技术可以扩展到其他更多的方面，比如实验室的远程监控与管理;在教学方面，可以实现实验室设备远程操作和管理，提高学生的实验参与度;在研究方面，当涉及生物、化学、医学等一些具有危险性的实验时，可以使研究人员与实验环境相隔离，同时也能实时获得实验结果与数据;在化工工厂方面，可以有效减少工人的工作负担，意外发生时也能及时触发报警系统并采取相应措施。可以说，远程监控的相关技术促进了人工智能与自动化，能够做到现场无人参与下的监控与管理[6]。

参考文献：

[1] 陈冬梅.基于PLC的计算机通讯监控系统的研究与应用[J].电脑知识与技术，2017，13（6）：24-26.

[2] 徐键.基于Modbus TCP实现S7-200 Smart与PC间的通信應用[J].自动化博览，2017（10）： 70-73.

[3] 程坤，胥布工，李伟胜，等.基于C/S模式的智能建筑用电设备监控系统设计[J].建筑节能，2017，45（3）：107-110.

[4] 朱津津.基于工业以太网的远程监测系统的研究与设计[D].镇江：江苏大学，2016.

[5] 王芳芳.简析基于PLC和工业以太网的污水处理监控系统[J].大科技， 2020（3）：298.

[6] 刘婷，钱扬义，彭豪.基于网络的远程实验室研究：国内13年研究回顾[J].远程教育杂志，2013，31（2）：107-112.

【通联编辑：梁书】