基于WEB瀏覽器的人機交互和監控的實現

楊少華

（云南昆船設計研究院 云南 昆明 650236）

隨著互聯網技術的發展，基于IEEE 802.3標準的工業以太網和TCP/IP協議以其通信速率高、抗干擾能力強、組網靈活、施工便捷以及管控一體化等諸多優勢逐步成為最有發展前景的工業控制網絡[1]。

在工業以太網的基礎上，各自動化廠商結合自身的產品特點和對分布式網絡的理解在原有IEC61158標準第4版的基礎上逐步推出適用于惡劣工業現場并具有實時數據能力的新一代分布式總線系統[2]，如SIEMENS公司的PROFINET和ROCKWELL公司的EtherNet/IP等。

這種網絡構架為調試工程師借助Internet或者Intranet，從個人計算機（PC）上以網頁方式訪問PLC數據并對設備的控制過程進行監視和分析提供了條件，SIMATIC Step7 V5.5還為此提供了專門的S7-Web2PLC接口。

在S7-Web2PLC下，可以很便捷地搭建監控網頁，從而可以省略一些不需要經常設置參數的簡單設備（如風力喂絲機、料斗秤等）的HMI，起到節約成本的作用；一些僅用于調試和維護的畫面還可以從HMI移植到調試PC上，保證設備關鍵參數的安全。此外，網頁方式還可以更加便利地實現設備基于Internet的遠程診斷，并為用戶后期修改監控變量、擴充交互數據提供了便捷的渠道和接口。

文中以單旋鼓風力喂絲機為例，以Simatic PLC 317-2 PN/DP為對象，探討基于WEB瀏覽器人機界面的構建過程，為PLC系統提供一種新的人際交互和監控的方式。

1 變量的形成及訪問過程

圖1 單旋鼓風力喂絲機Fig.1 Structure diagram of the single drum pneumatic cut-tobacco feeding machine

如圖1所示，風力喂絲機設有高低料位兩個光電開關，未檢測到低料位時，布料皮帶機高速喂料；物料到低料位后，布料皮帶機低速喂料；高料位有料時，布料皮帶機停止喂料，3種喂料方式確保物料始終在低料位附近。負壓開關檢測后續卷接機組的要料信號，并觸發旋鼓以一定的頻率運行。旋鼓運行的頻率值與負壓開關閉合的個數相關，以保證對卷接機組保持恒定的供料。門限位為安全信號，門打開時停機。

為在網頁中顯示上述變量，需要PLC和網頁有一致的變量名，變量的定義如表1所示[3]。

表1 變量的定義Tab.1 Variable definition

變量通過PC中的WEB瀏覽器（如IE、火狐等）訪問PLC的WEB服務器，并通過WEB服務器讀寫與SFC99相關聯的數據塊，最終通過OB1對SFC99的循環調用完成PLC對變量的引用和賦值，相關流程如圖2所示。

圖2 數據的訪問過程Fig.2 Data access

2 配置過程

從圖2中可知，要以WEB方式訪問PLC的數據，不僅需要配置PLC的WEB服務器，還需要有一定格式和規則的HTML文件作為橋梁來連接PLC和PC。整個配置過程如下。

2.1 圖片的準備

在Windows的繪圖板中將圖1存為machine.PNG，并為各檢測器件準備不同色塊的圖片文件，以表示器件的不同狀態。如Door1.png為綠色10×14像素的圖片文件，表示門限位關閉；Door0.png為紅色10×14像素的圖片文件，表示門限位打開等。

2.2 生成HTML文件

在FrontPage2003中新建靜態網頁，將machine.PNG插入到“設計”窗口，并拖放到合適的位置[3]。

為表1中“從網頁輸出到PLC”的各變量分配文本框和按鈕，文本框的名稱與表1中的變量名一致，按鈕采用POST方式。其它僅用于顯示的變量采用列表方式，分別列出相關功能和變量名稱。

在FrontPage中完成網頁后，存盤為Example.htm，再用NotePad打開該文件，在head部分加入PLCWEB服務器可識別的語句，如文件類別、網頁名稱、語言、字符類型、刷新頻率、參考樣式等[4]，并用AWP命令聲明PLC的各輸入變量。

HTML的文件類型和頭文件語句如下：

＜!DOCTYPE HTML PUBLIC “－//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN”＞

＜html＞

＜head＞

＜title＞Userdefined Website － Application Example＜/title＞

＜meta http－equiv=“Content－Language” content=“en” ＞

＜meta http －equiv=“Content－Type” content=“text/html；charset=utf－8” ＞

＜/head＞

＜body＞

＜html＞

AWP的語法格式為：

＜! －－ AWP_In_Variable Name=‘“變量名”’ －－＞。

檢測點用不同的色塊來表示不同的開關狀態。在HTML文件中，將需要顯示的圖像與變量關聯，再組合出不同的狀態。以門限位檢測為例，語句如下：

＜img src=“Door:= ”Door_Detc “:.png” name=“Door” “Door_Detc=0”id=“Door_Detc” alt=“Door”＞

當門限位關閉，“Door_Detc”為 1時，“Door”+ “1”+ “.png”=Door1.png，網頁顯示含有綠色塊的圖片文件Door1.png；相應地，當門限位打開時，顯示含有紅色塊的圖片文件Door0.png。

2.3 搭建S7-Web2PLC項目

在STEP7中搭建項目后，在硬件配置中完成硬件的組態和PN口IP地址的分配，并在PLC的“屬性”中展開WEB標簽，激活PLC的WEB服務器及語言選項，設置WEB服務器的用戶名、密碼和權限，最后完成編譯并保存。

在Symbol中打開項目符號表，按照表1為變量分配符號名。

啟動S7－Web2PLC，生成新的WEB項目，將符號表輸出給S7－Web2PLC，為WEB服務器指定起始網頁和枚舉類型，最后完成從網頁文件生成DB的操作。生成的DB包含HTML文件以及HTML運行時需要調用的文本和圖片信息。

2.4 編制S7程序

在S7程序[5]的OB1中調用SFC99（模塊名稱為“WWW”），以此初始化PLC的WEB服務器，同時完成其它控制程序和輸入輸出變量的賦值。

3 監控的實現

搭建如圖2所示的硬件結構。帶WEB瀏覽器的PC經以太網線直接連接到PLC模塊的PN口上。

圖3 PLC到PC的以太網連接Fig.3 Connection of Ethernet between PLCand PC

在PC上為PG/PC接口指定WEB通訊用的以太網卡，在STEP7中將編制完整的項目下載到PLC中，在IE瀏覽器中以http協議打開PLC的IP地址，在出現的網頁上輸入原先設定的用戶名和口令，點擊Customer pages切換到用戶自定義網頁，即進入監控網頁[6]。

改變設備負壓開關的狀態，旋鼓電機的頻率根據控制程序發生相應變化，這種變化從STEP7的在線變量監控窗口可以監控到如圖4所示，并與監控網頁[7]上顯示的狀態一致如圖5所示。

圖4 STEP7在線變量Fig.4 Online variable of simatic STEP7

圖5 風力喂絲機在線監控網頁Fig.5 Online monitoring WEB of the single drum pneumatic cuttobacco feeding machine

4 要 點

要實現在WEB瀏覽器中監控PLC的變量，有如下要點：

1）PLC的CPU模塊除要求帶PROFINET接口外，其固件版本也有一定的要求：S7－300的固件版本需在V3.2及以上，S7－400的固件版本需在V6.0及以上。

2）要激活PLC的WEB服務器的語言選項，需在STEP7 Manager里Options菜單下的Language for display devices里的語言選項進行預定義，否則無法選擇WEB語言。

3）HTML是靜態頁面的，無法對PLC中變量的實時變化產生響應，為此，可以在IE中按下F5進行人工刷新，也可以在HTML文件的body（文件主體）部分指定網頁按時自動刷新，如10秒刷新一次，則描述為：

＜metahttp-equiv=“refresh”content=“10；URL=Example.htm”＞

5 結 論

文中以Simatic PLC為對象，提供了以WEB瀏覽器為交互界面進行變量監控的方法和步驟，并以煙草制絲線上常見設備單旋鼓風力喂絲機為例，詳細闡述了整個構建過程。

使用網頁作為監控終端實現人機交互，在一定程度上可以減少現場操作站的配置數量，從而簡化系統結構，還可以減少設計開發人員在工控機和各種監控組態軟件上進行二次開發上的投入，同時還給用戶提供了后期使用和維護過程中增加或修改監控變量的友好接口和便捷擴充的途徑。

文中介紹的方法，不僅可以用于簡單設備如煙草制絲線上的裝包秤、捆扎機等，也可以用于復雜設備以多級網頁或多頁網頁的方式監控，還可以通過Internet路由接入PLC，實現對控制設備的遠程診斷和遠程分析，為用戶提供及時的服務。

[1]廖常初.西門子工業通訊網絡組態編程與故障診斷[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]楊衛華.工業控制網絡技術 [M].北京：機械工業出版社，2008.

[3]張軍安，王璞.新編中文FrontPage2003基礎教程[M].西安：西北工業大學出版社，2006.

[4]譚浩強.網頁設計技術[M].2版.北京：中國鐵道出版社，2009.

[5]廖常初.S7－300/400 PLC應用技術[M].二版.北京：機械工業出版社，2008.

[6]Siemens AG.Visualization with User-defined Web Pages[EB/OL].[2010 －11 －31]http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/44212999

[7]姚亦娟.基于小電流檢測的PLC學校電網管理控制系統設計[J].工業儀表與自動化裝置，2011（2）：56－58.YAO Yi-juan.Design of power grid management control system of university based on PLCof low current detection[J].Industrial Instrumentation&Automation，2011（2）：56－58.