基于WEB的小型柔性系統FMS的遠程控制

宋陳娟，石 鵬

（1.長安大學 電子與控制工程學院，陜西 西安 710064；2.長安大學 信息工程學院，陜西 西安 710064）

隨著當今世界經濟和現代工業技術的飛速發展，FMS是工業自動化發展的方向，也是實現未來工廠新的發展趨勢，它的發展具有戰略意義。國際上已公認FMS是一種工廠自動化的先進模式和現代化工業生產的科學“哲理”。伴隨現代網絡技術的飛速發展，自動化的控制網絡將一步步得到拓展：FMS是在計算機網絡技術及其軟件的支持下，在制造技術、自動化技術和信息技術的基礎上，將以往企業中彼此互相獨立的工程設計和生產制造等過程組成一個覆蓋整個企業的完整而有機的系統，可以突破時間和空間對控制系統的限制。

1 柔性制造系統的組成及規模

柔性制造系統（Flexible Manufacturing System）簡稱FMS，是CIMS系統的子系統，作為先進工業自動化及制造的組成部分，是典型的制造自動化系統。FMS一般由多個柔性制造單元組合而成，并能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整，同時它是由多個模塊組合而成，適用于多品種中小批量生產[1]。FMS有兩個主要的特點：一是自動化，二是柔性。柔性可以表述為兩方面：一方面是系統對自身變化有很好的適應能力，通過系統生產率與無干擾條件下系統生產率期望值之比進行衡量，同樣可用在有干擾有故障的狀況下；另一方面是系統對周圍環境變化有很好的適應能力，其衡量的標準是對系統滿足新產品要求的程度。

FMS包含3個基本部分：加工系統、運儲及管理系統和計算機控制系統。這套系統包括2臺計算機，1個上料檢測站，1個加工站，1個安裝站，1個立體倉庫站和4個操作手站，除了上料檢測站配備了一臺主控PLC——S7-300作為主站控制器，其他各站均使用S7-200 PLC作為從站控制器，其控制方案如圖1所示。

圖1 柔性制造系統的控制系統框架Fig.1 FMS control system framework

由一臺上位PC機和一臺下位PLC控制器來實現對整個柔性制造系統的協調控制，通過一對一的方式將系統中各設備的控制信號全部連接到PLC中，作為系統人機界面的上位PC機對系統進行監控，并通過PC機的RS232串口實現對各工作站程序的雙向傳輸[2]。在這種方案中，包含了兩種重要的通信方式。一是PC通過PROFIBUS-DP總線，作為上位的計算機上和S7-300實現PLC對各個基站設備的協調控制，PC也作為友好的人機界面組態王實現對現場設備的實時監控。二是PC機還作為服務器與上層的以太網連接，從而使得局域網中的任何PC機可以在WEB瀏覽器里察看系統運行的實時情況和各種數據流，同時還能完成遠程控制的網絡[3]，如圖2所示。

圖2 基于以太網的柔性制造系統Fig.2 FMS based on ethernet

2 遠程控制的實現

此套FMS系統中機械操作單元的控制主要由西門子S7系列的PLC完成，上位機監控由人機界面組態王進行。要實現系統的遠程控制可以從PLC和組態軟件等方面進行考慮。遠程控制實現包括以下幾個方面。

2.1 利用PLC進行遠程控制

利用PLC專用的網絡通訊處理器CP243-1/CP243-1 IT可以將現場的PLC接到網絡中。CP243-1 IT可以獨立地處理經過工業以太網的數據業務量，其通訊基于 TCP/IP協議，最多可以組態8個連接。對于連接控制，可以為主動和被動伙伴的所有的TCP/IP傳輸連接進行組態。 使用CP243-1 IT，通過工業以太網，可實現 S7-200和其他 S7-200或 S7-300或 S7-400 PLC之間的通訊。 通過使用PC軟件的 S7 OPC server，可集成在 PC應用程序中。CP 243-1 IT允許 S7-200編程軟件 STEP 7-Micro/WIN通過工業以太網訪問 S7-200。CP243-1 IT所具有的IT功能為遠程控制提供了很大的便利：

1）Web服務器：用標準瀏覽器可下載和瀏覽HTML頁面。

2）Web頁面：用于監視 S7-200控制器：標準頁面可用于系統診斷，并提供有一個簡單的變量編輯器。其它客戶化頁面可使用任何HTML工具創建。

3）E-mail：報文可從應用程序通過預定義的 E-mail發送。變量可集成到文本中。

4）FTP通訊：CPU可將數據塊作為文件發送到其它 PC，或讀取或刪除其他PC的文件（客戶機功能）。對于大多數操作系統平臺，都可通過FTP進行通訊。

在局域網中將S7-224 PLC與CP243-1 IT相接，PLC與操作單元相連，PLC與主服務器通過PPI電纜連接；CP243-1IT、主服務器和遠程計算機接局域網。系統構建好以后就可以對CP243-1 IT模塊進行組態在STEP7-Micro/WIN32，PPI電纜通訊的英特網向導中給IT通訊模塊配置一個IP地址，局域網內的任何一臺電腦，都可以通過這個IP地址，利用STEP7-Micro/WIN32軟件編寫程序，并監控程序的運行狀況.與此同時還可以在主服務器上聯有攝像頭，這樣構成了一個完整的局域網遠程操作系統[4]。

在局域網遠程控制的基礎上，利用CP243-1 IT通訊模塊本身具有HTTP和FTP服務器功能對P243-1IT進行IP地址組態[5]，就可以通過WEB網頁訪問與之連接的PLC的動作程序，通過運行這些程序來控制機械手的動作，從而達到遠程控制現場設備的目的。

2.2 利用組態軟件進行遠程監控

將現場設備中的上位PC機作為服務器，組態王軟件從C/S模式轉化成B/S模式，通過WEB瀏覽器進行遠程控制[6]。組態王6.53能提供非常友好的人機界面來實現遠程監控，并和管理層集成在一起，它不僅提供了大量的工程圖庫來動態地顯示現場設備的工作狀態，同時還允許開發圖形界面用于監視過程數據和當前的應用并具備綜合安全性。組態王可以最優地集成到用戶的自動化和IT解決方案中：作為全集成自動化的一部分，組態王可以與SIMATIC產品的自動化系統和其它廠商的自動化系統都能協調工作。組態王能通過準化的接口與其它IT解決方案進行數據交換。為滿足過程的需要，可以優化定制組態王。支持大范圍的組態可能性，可以從單用戶系統和客戶機-服務器系統到具有多臺服務器的冗余分布式系統。用戶在控制過程以及過程數據的時候，是通過開放的組態王編程接口連接自己的程序來實現的[7]。即使組態完成后也可隨時修改組態王的組態。

在此FMS系統中，我們首先設計了系統的登錄界面，如圖3所示，這個登錄界面可以通過不同用戶名和密碼來區分操作者的權限，從而使不同操作者具有不同的權限，同時也避免了沒有權限的人進入操作系統。圖中用左側橢圓標注的器件是無線電發射塔，用于AGV小車與上位機的通訊。

系統登錄成功后會進入我們實現根據系統的實際需要繪制好的柔性控制系統的監控畫面，如圖4所示。

圖3 組態王登陸畫面Fig.3 Configuration king landing screen

圖4 控制畫面Fig.4 Control screen

在系統監控和AGV調度畫面中分別設置好參數就可以遠程進行系統的操作與監控。現場設備運行的情況將會實時的顯示在控制畫面中，通過畫面可以很好得獲知相應信息，從而實現了系統設備的遠程控制，解決了由于時間與地點的限制對系統利用率所造成的局限性問題。

3 結束語

從PLC方面研究，通過CP243-1IT實現小型柔性系統的遠程控制是可行的；從人機界面組態王方面研究，通過虛擬控制畫面可以實現對小型柔性系統的遠程控制；系統基于互聯網的遠程控制是基于WEB瀏覽器上，所以基于WEB的互聯網技術有待深入研究。

最后，通過對小型柔性系統的遠程控制進行的研究，將會對遠程控制技術在科學研究、工業應用、遠程教育等方面的研究與應用起到積極的促進作用。將該技術應用到工業應用領域，將使工業現場設備的控制突破時間與地點的限制，隨時隨地可進行操作與運行的監控，使工業資源達到優化配置；將該技術應用到教學領域，可以實現實驗室教學設備的遠程控制，搭建遠程實驗室平臺，是學生們可以最佳利用教學設備進行試驗研究。

[1]張培忠.柔性制造系統[M].北京：機械工業出社，1996.

[2]譚益智.柔性制造系統[M].北京：兵器工業出版，1995.

[3]周純杰.現場總線控制系統若干關鍵技術的研究及應用[D].武漢：華中科技大學，2001.

[4]宋伯生.可編程控制器控制 [M].北京：中國勞動出版社，2005.

[5]王廷堯.以太網技術與應用[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[6]Karli W，Burton H，Simon R.C#程序設計教程 [M].北京：清華大學出版社，2001.

[7]梅曉東，顏燁青.Visual C#網絡編程技術與實踐[M].北京：清華大學出版社，2008.