基于PLC的远程控制系统设计+通信网络系统中PLC控制系统的应用.docx

基于PLC的远程控制系统设计【摘要】本文基于HMS公司工业远程网关Flexy205和西门子公司PLCS7-15OOT,设计了伺服电机的远程控制系统，并对整个控制系统的结构、软件的设计以及组态过程进行了介绍。远程网关Flexy205通过与云端服务器通讯，完成现场PLCS7-1500T与远程控制终端互联,从而实现伺服电机远程控制的目的。【关键词】电机控制;远程控制;PLC组态软件AbstractBasedontheindustrialremotegatewayFlexy205ofHMSandthePLCS7-1500TofSiemens,thispaperdesignsaremotecontrolsystemoftheservomotor,andintroducesthestructure,softwaredesignandconfigurationprocessofthewholecontrolsystem.TheremotegatewayHexy205communicateswiththecloudserver,completingtheinterconnectionbetweenthefieldPLCS7-1500Tandtheremotecontrolterminal,thusrealizingtheremotecontroloftheservomotor.KeywordsMotorControhRemotecontrol;PLC;Configurationsoftware。引言随着科学技术的不断发展，远程控制技术日益受到人们的重视，逐渐被应用于各行各业中U-3。特别是在工业自动化控制领域，随着本地通信控制技术的局限性日益突出，采用有线或者无线网络进行远程通信控制的方式逐渐进入人们的视野4-5。该技术使得工程师可以通过网络随时随地访问现场自动化设备，实现对远端设备运行数据的实时监控和报警管理6,从而达到对现场运行设备的性能远程监控和预见性维护的目的7。同时，该技术还可以对设备运行的数据进行记录和存储，用于对设备历史数据的统计与分析，为设备制造商对设备性能的持续优化改进提供可靠的数据支持;同时还可对现场设备进行远程应用调试、操作，实现工程师不必到达设备现场，即可对设备进行远程调试、排除故障，大大地减少设备维护成本，并优化设备正常运行时间，从而提高设备的生产效率和公司的经济效益。本文采用工业远程网关Flexy205与PLCS7-1500T相结合，设计了一种伺服电机的远程控制系统。同时对系统的远程程序下载、设备监控以及故障报警提醒等功能进行了实验验证。1远程控制技术的原理远程控制系统通常可以划分为远程控制终端系统、远程数据传输系统以及现场设备控制系统三部分8。远程控制终端系统一般包含计算机、手机和平板电脑等设备;远程数据的传输由云端服务器来完成，云端服务器通过现场的工业远程网关与现场的自动化设备建立远程数据连接。而远程控制终端在控制现场设备时，同样需要先与云端服务器建立远程连接，从而与现场自动化设备建立实时通讯连接，并实现对现场设备的远程操控;现场设备控制系统由工业远程网关和一系列自动化元器件组成，比如PLC及其下位机组件等。2远程控制系统设计本文选用瑞典HMS公司的工业远程网关Flex205与西门子公司的PLCS7-1500T来实现对远程控制系统的设计。首先，将PLCS7-150OT中需要监控的变量在FIeX205网关中进行组态;其次，通过登录网关客户端（eCatcher软件），将远端计算机与现场Flex205建立远程连接;最后，再通过工业组态软件ViewON,将远程人机监控界面与Flex205中的变量进行云组态，从而实现对现场设备的运行状态进行远程监控。2.1 硬件系统设计硬件系统主要由工业远程网关FIeXy205、PLCS7-1500T、K）控制模块、V90伺服驱动器、1FL6型号伺服电机等组成。工业远程网关FleXy205通过4G工业物联网卡连入网络，并通过网线连接S7-1500T,S7-1500T通过PROF1NET与ET200SP和V90进行通讯，进而控制伺服电机的运行，并对其运行状态进行实时监控。2.2 软件系统设计计算机通过网线与Flexy205连接，运用IP设置软件eBuddy设置Flexy205的IP为：192.168.0.53。然后再通过IE浏览器访问FIeXy205的IP地址，对设备进行本地设置。首先配置网关的联网方式为4G手机卡联网，并将该网关与eCatcher账户绑定，命名网关名为FLEXY205_China_Office;然后选择与PLC通讯相匹配的IOServer,并设置其IP为PLC的IP;最后对PLC的变量进行组态，同时对伺服电机的速度进行监控。当电机超速时，系统通过邮件发送报警信息到指定邮箱进行报警。完成控制系统的硬件和软件设计后，打开工业组态软件VieWON,根据控制功能需要，设计远程人机界面，并将界面中各个变量与Flexy205网关中的变量进行组态，从而建立S7-1500T与远程人机界面的云组态页面。3实验验证系统采用西门子运动控制样机测试系统，模拟智能包装行业自动灌装工艺流程，并预先设计灌装凸轮工艺曲线数据。计算机登录eCatcher客户端，选择名称为FLEXY205_China_Office的远程网关进行连接，连接成功后即可显示出该网关下所连接PLC的设备信息。另外，在客户端中，还可以实时查询该账户下所管理网关设备的在线状态以及位置分布图。计算机与Flexy205网关建立远程连接后，通过TIAPortalV15.1编程软件，将预先设计好的程序远程下载到现场的PLCS7-150OT中。在本实验中，通过位置轴和同步轴电机分别来模拟灌装设备转盘和喷管的运行轨迹。然后，通过IE浏览器登录远程人机界面，按照控制流程启动伺服电机，并设置系统初始运行速度（位置轴速度）为507so系统稳定运行后，逐渐增加位置轴的速度，当速度达到设定的报警值（100。/S）时，电机停止运行，同时远程网关发送报警邮件到指定邮箱。4结论本文针对本地通信控制在工业控制领域中的局限性，设计了基于Flexy205和S7-1500T的伺服电机远程控制系统。利用远程控制终端对现场伺服电机进行实时监控，并在出现故障时，及时进行报警提醒。实验结果表明该远程控制系统的实时控制效果好，远程人机界面操作简单，并可随时随地对设备进行远程监控;不仅可以满足设备供应商的远程调试需求，同时方便设备使用方随时随地监控设备的运行状态和数据，从而降低了管理成本，提高了经济效益。【参考文献】山陈玲君.基于物联网的远程控制智能家居系统设计与实现J.山东农业大学学报（自然科学版）,2016（1）：88-91.2康玉忠，袁荣华，杨俊峰.基于GRM200G的化工反应釜远程监控设计J.微型电脑应用，2015,31（5）：15-16.引张琰，李吴松，张荆沙，等.物联网环境下基于PLC的远程控制系统设计J.微电子学与计算机,2016（2）：130-134.4李娟娟，王希娟.基于物联网技术的电梯监控系统设计J.微型电脑应用，2018,34(2)：33-35+39.李研，黄凤辰，严锡君.基于ARMIl的物联网网关设计J.微型电脑应用，2018,34(5)：43-46+52.唐学人.远程监控系统的设计与实现J1.电子技术，2018(2)：55-577HMS工业网络有限公司.Giveyourtransformeranextralife.网王建新，杨世凤，史永江，etal.远程监控技术的发展现状和趋势J.国外电子测量技术，2005(4)：9-12.通信网络系统中PLC控制系统的应用摘要：从校园无线局域网目前所反映出的问题得知，校园无线局域网未来发展的方向为“根据无线网络自身的技术特性和人们在管理和意识上的疏忽，来提高其安全性”。在未来的发展中，校园无线局域网必将更加普及，而有线网络将逐渐退居二线，作为辅助方式，这是大势所趋。网络化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC通信网络未来发展的一个方向，现场设备级朝着现场总线标准方向发展，工控管理级朝着051发向发展，控制级网络自身不断完善并取得进步，同时在这个过程中着力靠近现场总线，从而形成开放化、标准化的通信网络。关键词：PLC；控制系统；通信网络PLC网络常用的通信方法。现阶段，PLC在各个领域中获得了非常广泛的应用，其相关研究也更加深入和具体，这在极大程度上推动了PLC的应用和发展。PLC网络通信方式大体可以分为并行通信和串行通信两类，前者具体是指多处理器间的相互通信，多发生在PLC的内部，而本文重点分析后者即PLC网络的串行通信方式。根据PLC网络的实际功能，可将其分为控制网和通信网两种类型，其中控制网一般只负责开关量的传送，即onoffo该网络形式的特点是传输的数据量相对较少。通信网又被称为数据高速公路，其与一般的局域网较为类似，既可以传输开关量，也可以传输数字量，传输的数据量相对较大。PLC,即可编程控制器的英文缩写，它是一种将微机技术、通信技术以及自动化技术进行综合运用的常用的工业上的控制装置。一般比较常见的包括日本生产的三菱、欧姆龙等，我们本国生产的主要有永宏、汇川和台达等，其中很多是以日系三菱为参照生产的，而且编程几乎都属于按顺序编程，欧系中则主要有施耐德和西门子等。随着我国工业自动化的不断快速发展，PLC在工业控制领域中应用范围越来越广，涉及到的应用面也越来越多。针对目前主要使用的S7-300、OMRON等通信网络，参照其特点、性能，本文将结合目前我国工业领域当中PLC应用的现实情况对PLC进行探究分析。一、PLC控制系统(一)控制好PLC的基本要点PLC实现控制的基本点主要有两个，一个是可靠物理实现，另一个是输入以及输出信息的信息交换。输入输出信息的交换的前提是运行程序运行，这个程序是存储在内存中的。这个程序也分两种，一种是PLC的生产厂家自行提供的原始系统，另一种则属于自助开发的应用程序。通常，系统程序有两个优点，首先,可以为用户提供一个可靠的运行平台；其次，可以很好的保障PLC用户自行编辑的程序顺利运行，并对程序运行是产生的信号与信息进行及时处理。可靠物理实现对于输入(INPUT)与输出(OUTPUT)电路依赖性很强。在PLC进行输入电路的时候，首先是进行输入信号的滤波处理，将高频率的干扰过滤掉；第二步是依靠继电器或者光耦元件连接起来，在PLC内部和计算机的电路执行光隔离。关于输出电路，一定需要注意的是输出电路必须扩大多倍的输出功率，其主要目的是把接触器、继电器或者其他的工业控制元器件很好的带动起来。（二）PLC运行过程中的控制过程在PLC的实际应用过程中其主要的控制步骤一般有6个，包括输入刷新、运行用户程序、输出刷新、再输入刷新、再运行用户程序以及再输出刷新。在这个过程中，系统会不断反复进行循环运行，并且在这个运行的过程中系统会对程序作公共处理，公共处理包括了对循环的时间进行监控,通信处理和外设服务等。（三）PLC运行过程中的控制方式PLC的不同决定着其控制方式上也千差万别，当前PLC的控制方式根据PLC的不同主要分为4种，首先是开关量的逻辑控制，其次是运动控制，再有是模拟量控制，还有是过程控制，这4种就是当前主要的PLC控制方式。二、PLC通信网络（一）全局I/O通信该通信方式归属于串行通信的范畴，常被用于带有连接存储区的PLC之间的通信，该方式的基本通信原理如图1所示。在图1中，编号相同的发送与接收区域的容量大小完全相等，所占用的地址段也相同，其中只有一个区域为发送区，而其他区域全部都是接收区。全局I/O采用广播通信方式，即由PLCl将位于1#发送区内的数据信息经由PLC网络广播出去，然后由PLC2和PLC3将该数据信息接收下来，并存储在各自的接收区域当中。同理，由PLC2广播出来的数据信息，则由PLCl和PLC3负责接收和存储。由于在全局网络中各个PLC链接区的大小都相同，加之所占用的地址段也一致，所以，当其中某一台PLC对自己所在的链接区进行访问时，便相当于访问了其他PLC的链接区，该过程实质上是PLC之间交换数据的过程。在全局网络中，链接区的划分是以PLC的I/O区为基础，通过等值化通信转换成为网络内所有PLC的共享区域。该通信方式可用读写指令对链接区内的数据信息进行读写，其特点是简单、快速和方便。（二）控制级网络控制级网络不同于工控管理级网络的不同点在两个地方，控制级网络有着两个特别鲜明的特点，一是控制级网络的运用范围是生产设备的控制，主要对生产过程的状态监测、监视和控制。二是对于安全性、实时性以及可靠性的要求非常高，数据量的传输一般不大。具体以欧系的SINECL1为例子，虽然SINECL1的拓扑结构为总线型,可是他的主要功能却是PLC之间的互连。连接设备有PLC,并以双绞线为连接介质，节点只要仅仅的31,速率为9.6kbPs0控制的距离只有50km左右。控制级网络一般所具有的特点是，通信的速率相对更高，网络传播范围更加广泛，结构比较灵活，介质简单、扩展性更好。（三）工控管理级网络为了是企业的管理需求的到充分满足，工控管理级网络一般提供高速、大容量并且实时准确的数据交换，与企业各个管理部门之间相互连接，同时为企业的MIS提供最基础的数据，按照上层决策实施控制系统的优化工作。还是以欧系西门子的SlNECLl作为例子进行分析,SINECL1的最主要的功能是PLC及其和上位机见的相互连接。连接的设备主要是PLC与PC,并以光纤、同轴电缆作为连接介质，节点为1024,速率为IOMbPs。控制的距离一般有两种情况，光纤和同轴电缆，光纤的控制距离是4600m,同轴电缆的控制距离是1500m,与控制级网络结构一样，同为总线型拓扑型结构。工控管理级网络在发展上的特点主要有标准化、开放性、高速性、光纤介质、拓扑结构的灵活以及WEB技术支持。(四)现场设备级网络在现场设备级网络当中，一定要应用到现场总线。简单来讲，现场总线是通信网络，它是一种囊括了通信技术、计算机技术、控制技术以及仪表技术高度集成起来的串行、双向、多站并且全数字化的通信网络。现场总线是当今控制系统中的一个发展趋势，其功能是PLC和现场设备相互之间的连接，目前工业领域中运用非常广泛的现场总线当属欧系西门子的Profibus以及a-b厂家的Devicenet,这两种现场总线运用率要高于其他现场总线(图2)。三、幺吉语综上所述，网络化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC未来发展的一个方向，与此同时，PLC通信网络也走在标准化、开放化的道路上。现场设备级朝着现场总线标准方向发展，工控管理级朝着051发向发展，控制级网络自身不断完善并取得进步，同时在这个过程中着力靠近现场总线，从而形成开放化、标准化的通信网络。现阶段，我国的PLC技术虽然有一定的成就，但是发展水平仍然落后于西方发达国家，这种局面要得到改善就必须坚持树立开放系统的设计理念，严格按照国际标准，把通信网络技术结合实际融入到PLe技术当中。另外，牢牢把握PLC通信网络技术目前发展的潮流,不断加强现场总线技术以及企业级的开发投入。计算机网络技术的飞速发展带动了PLC控制系统通信网络的飞速发展，所以，未来性能更高的网络技术和总线一定会不断出现，当前现有的网络技术也将不断提高、改进。【参考文献】口陈艳.PLC控制系统中通信网络的研究J.电子技术与软件工程，2015(05)：63.曾繁明.高职电气自动化专业项目教学法研究与实践J.职业教育研究，2013(02)余贞金.基于CC-UNK现场总线的PLC控制系统的研究与设计D.武汉理工大学，20104陶权.谢彤.基于PLC的过程控制实验装置温度模糊PID控制J.自动化技术与应用，2010(10)