基于WebAccess的PLC遠程控制系統設計

張保森

摘 要： 為滿足工業遠程網絡監控的快速發展需求，設計一種基于網際組態軟件WebAccess的遠程異構式網絡監控系統。首先以分布式控制為指導思想，確定自下而上的分層控制方案，以RS 485和ProfiBus現場總線連接底層設備，以MCGS和WinCC構成中間控制層，最后以WebAccess完成遠程控制。采用中間件技術實現不同組態軟件之間的數據交互。系統綜合調試結果顯示，該系統集成方案合理，實現了雙向遠程數據信息的交互，系統整體滿足設計要求，設計思路有較強的新穎性和實用性。

關鍵詞： WebAccess； PLC； 遠程監控； 分布式控制； 組態軟件

中圖分類號： TN911.7?34； TP391.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）15?0149?04

Design of PLC remote control system based on WebAccess

ZHANG Baosen

（Haohua Yuhang Chemical Co.， Ltd.， China National Chemical Corporation， Jiaozuo 454000， China）

Abstract： To satisfy the demands of rapid development in industrial remote network monitoring， the remote heterogeneous network monitoring system based on configuration software WebAccess was designed. Taking distributed control as guiding ideology， the bottom?up hierarchical control scheme is confirmed. The basic layer equipments are connected with RS 485 and ProfiBus field?bus. The intermediate control layer is constituted with MCGS and WinCC， and remote control is accomplished by WebAccess. The middleware technology is adopted to achieve data interaction between different configuration software. System comprehensive debugging results show that this integration scheme is reasonable. The interaction of bi?directional remote data information was achieved. The entire system satisfies the design demands， and the design idea has strong novelty and practicality.

Keywords： WebAccess； PLC； remote monitoring； distributed control； configuration software

0 引 言

計算機網絡技術的快速發展給控制系統領域帶來了一系列變革，其與控制技術的融合誕生了網絡控制系統。目前網絡控制系統主要包括PLC網絡、分散控制網絡、現場總線網絡以及工業以太網等。基于Internet的網絡技術正在被廣泛應用，同時伴隨現場總線技術，信息交互中間件技術，組態軟件技術，Web遠程操作等技術的彼此交叉影響，為將傳統控制系統推向更加智能化、多元化、集散化創造了條件。通用工業組態軟件的集成度和兼容性越來越高，大大節省了工業控制系統的周期。作為一種專業編程和組態軟件平臺，組態軟件支持多種通信協議，并兼容眾多工業產品，為用戶實現多設備互聯提供了有力支持。借助組態軟件可快速開發出具有圖形，圖標，趨勢曲線，實時數據庫，報警信號，報表存儲等功能的可視化控制界面，并可通過Web瀏覽器方便地實現遠程監控，相關編程人員不需要掌握復雜的編程語言，只需要以類似“搭積木”的方式針對待設計系統進行系統拼接，并完成簡單的接口參數設置即可。伴隨越來越多主流廠商的加入和主動開發其自身協議接口，相信組態軟件在未來將被不斷賦予新的內容。

在遠程控制系統設計策略方面，當今最大的發展趨勢即依托Ethernet技術的擴展，通過Internet可以使系統與世界上的任何地方實現連接。遠程網絡監控的具體定義可以描述為：利用計算機監控技術并通過網絡對設備進行遠端監視，并可以根據監視情況發送控制和維護命令。課件，在Internet占據互聯網世界的背景下，搭建基于Internet的工業遠程監控網絡是工業技術發展的趨勢。而作為網際組態軟件的WebAccess[1?2]正是以IE瀏覽器內核開發的HMI/SCADA監控軟件，可以在IE瀏覽器界面上快速實現人機交互界面設計和資料傳送采集監測，能夠為遠程監控提供完善的設計方案和安全保證。基于此，本文提出一種基于網際組態軟件WebAccess的遠程異構式網絡監控系統設計方案，進行實際運行調試，驗證了所提方案的可行性和有效性。

1 整體系統設計

系統整體設計對象是面向PLC底層控制的基于計算機網絡技術的遠程綜合控制系統，上位機程序利用WebAccess開發，采用三菱FX2N型號的PLC作為底層控制網絡[3]，并以多關節機械手為對象的物流管控系統設計作為應用對象，驗證整體系統的可行性，而在物流管控系統，選用的是西門子S7?200型號的PLC[4?5]。整體工作包含三大部分內容：

（1） 搭建基于三菱FX2N PLC的網絡綜合控制系統；

（2） 以物流管控系統為具體應用對象，組建基于西門子S7?200 PLC和現場總線技術的多關節機械手及碼垛自動物流系統；

（3） 實現異構系統集成以及中間件信息交互，完成整體遠程監控系統滿足基于Internet的遠程測控。

整體系統設計結構如圖1所示。

圖1 整體系統結構示意圖

其中，底層現場控制由基于三菱FX2N PLC構成綜合網絡控制系統和基于西門子S7?200 PLC和現場總線技術的多關節機械手及碼垛自動物流系統組成；中間監控層由基于MCGS和WinCC的組態軟件編程實現[6?9]；最上層將兩個異構系統進行集成實現遠程監控層設計，具有分散控制，集中管控，分層獨立設計和遠程監控等功能。下面將采取由下至上的順序依次論述各層具體的設計方案。

2 現場底層控制系統設計

2.1 基于三菱FX2N PLC綜合控制網絡

采用三菱FX2N PLC完成下位多臺獨立PLC分別控制不同的現場設備構成各個從站，通過RS 485網絡通信，構成1[∶][N]網絡系統，最終將各從站統一交由一臺上位機進行監控，并定義為通信網絡主站。整體網絡采用專用協議和計算機進行連接，一個主站最多可搭載16個獨立PLC控制系統。各從站PLC之間的連接是通過FX2N?485?BD模塊自帶接口實現，構成下位機RS 485網絡，各站獨立數據延伸通信距離不超過50 m，若不使用FX2N?485?BD模塊，則最大延伸距離可擴展為500 m，所以如果現場設備要求的通信距離大于50 m時，可通過RS 485通信網絡對通信距離進行延伸擴展，從最大程度上發揮PLC的現場工作優勢[10]。

具體底層網絡結構如圖2所示，由虛（虛擬控制對象）實（真實控制對象）相結合的現場對象控制層、RS 485網絡通信層和上位主站監控層構成。

圖2 基于三菱FX2N PLC現場控制層結構圖

（1） 現場虛實結合被控對象控制層：采用MCGS組態軟件開發虛擬控制對象，以動畫形式直觀地仿真出程序的執行情況，同時設計了PLC、變頻器實際控制系統；

（2） RS 485通信網絡層：利用三菱FX2N PLC自帶的RS 485接口，按照RS 485通信協議，搭建以主站PC機為主控單元的1[∶][N]型集散化網絡控制系統；

（3） 上位監控管理層：仍采用MCGS組態軟件開發上位PC機的監控系統，直觀方便地對下位從站各PLC管控設備進行監控。上位PC機既可以作為1[∶][N]網絡中的主站監控機，又可作為對整個網絡的上位監控機，同時承擔對PLC各從站的實時編程、參數設置等調試工作。

2.2 多關節機械手物流倉儲管控系統

以現代物流倉儲為實際應用對象，設計面向自動化立體倉儲的實驗裝置平臺，構建物流信息實時管理與監控系統，整體設計方案如圖3所示。

如圖3所示，監控層內部采用WinCC和數據庫相配合的DDE通信管理模式，監控層和控制層之間的三個西門子S7?200 PLC構成PROFIBUS?DP控制網絡，分別控制堆垛機、機械手和輥道輸送機三個具體的設備對象，最終通過EM277擴展模塊連接到PROFIBUS?DP現場總線上。整體物流倉儲管理系統以配置有WinCC HMI/SCADA的PC機作為上位機，通過插在主機箱內的CP5611網卡與下層S7?200 PLC通過EM277 DP模塊進行連接和通信。

圖3 實時物流倉儲管理系統結構示意圖

實際測試中總結出所提物流倉儲系統具有六大主要特點：具備自動識別金屬，物品顏色，條碼信息和物品功能自動整理擺放等功能的現代進貨管理、識別和規劃倉儲系統；物流輸送交流傳動、氣動系統準確控制；立體式倉庫貨物自動記錄存儲和提取；取物多自由度靈巧機械手精確控制；基于WinCC組態軟件的可視化計算機控制系統；基于現場總線協議的高可靠性局域網絡通信保障。

3 上層綜合監控與通信網絡設計

針對中間控制層和遠程監控層兩個不同級別的控制網絡系統，為了保障網絡化協調發展，達到網絡資源最優配置，實現易操作的遠程監控，結合用戶對于系統集成、分布式控制、集中管理、獨立分層設計等具體要求，提出基于MCGS，WinCC，WebAccess，OPC中間件技術，以太網技術以及互聯網接入技術的綜合遠程網絡構建方案。

3.1 基于WebAccess網際組態軟件遠程監控方案

在當前眾多組態技術各自占據一部分市場的大背景下，通過綜合分析和比較三種解決方案，最終選取性能最優的WebAccess網際組態軟件作為本系統的首選軟件。為了更好地驗證選擇方案的最優性，現以三種解決方案為例，進行分析評述。

（1） MCGS網絡版組網方案

MCGS組態軟件自身具有WWW網絡版的功能，通過此網絡版設計的控制系統具有Internet遠程瀏覽的功能，能夠通過搭載于任何一臺接入互聯網的IE瀏覽器進行遠程瀏覽與操作控制，它是一種基于瀏覽器/服務器（B/S）的通信模式。開發者在MCGS網絡版中對HTTP等參數進行設置，啟動運行工程。遠端用戶只需打開IE瀏覽器，在地址欄輸入運行工程用戶的IP，就能實現直接訪問此計算機，進一步可瀏覽到工程中設定好的組態畫面，以此完成基于MCGS網絡版的遠程組網，在安全性方面，開發者可以通過給用戶設定不同的訪問權限或設置登陸密碼的方式維護系統的安全。該方案是一種最基礎、簡單、快速遠程組網方案。

（2） WinCC服務器方案

WinCC的客戶機/服務器結構（C/S）是一種較廣泛應用的服務器型網絡結構。所謂服務器型，就是通過功能較普通PC更為強大的服務器作為控制主站，其高性能優勢在高速運算能力、長時間不間斷可靠運行、外部大數據吞吐能力等方面得到很好的展現。采用WinCC服務器方式建立網絡結構，可以保證物流系統的整體一致性。

（3） WebAccess綜合開發方案

WebAccess是集成功能強大的網際監控軟件，可以將被監控的底層三菱系統主站PC機作為Server，并設置另一臺PC機作為Client，整體采用OPC中間件技術、DDE決策技術等通信模式進行綜合組網。

本文設計方案即選用WebAccess綜合開發方案，其網絡系統結構如圖4所示。

圖4 WebAccess綜合遠程監控網絡結構圖

與采用WinCC方案不同，WebAccess網際組態軟件能夠實現客戶端不需要額外安裝任何第三方軟件，直接在計算機自帶操作系統上即可使用，客戶只需打開IE 5.0及以上版本的IE瀏覽器即可，可操作性大為提高。同時系統所選用的方案，把SCADA Node和Project Node一同組態到一臺PC機上，實現了基于WebAccess網絡構架的單機控制系統，此時，使用操作系統自帶IE瀏覽器，遠程Client通過設置權限，連入以太網或互聯網，對系統進行實時遠程編程和監控。WebAccess單機系統PC機作為服務器，以HTTP，FTP，HTML等協議方式通過MCGS和現場PLC連接設備中收集的數據經以太網保存傳送到SCADA Node中，客戶可隨時經以太網將存儲信息傳給遠程的客戶機。WebAccess網際組態軟件支持冗余構架，能夠為它設計冗余網絡，實現快速組態，保證并增強了系統的可靠性。

3.2 物流倉儲遠程監控設計方案

所提物流管理系統采用西門子S7?200 PLC作為主要硬件控制單元，軟件設計單元則采用OPC中間件通信模式，利用中間件技術，將監控物流系統的一臺PC機作為WinCC OPC Server，另一臺PC機作為WebAccess OPC Client，構建如圖5所示的現代遠程物流管理系統。

圖5 基于WebAccess遠程物流倉儲遠程監控系統結構圖

如圖5所示，所提設計方案采用WebAccess網絡構架中的單機系統，遠程用戶可以通過以太網或互聯網，使用PC系統自帶的IE瀏覽器進行遠程編程和參數設置。通過帶WinCC的上位機將PLC底層設備中的信息經以太網保存，或者傳送到WebAccess單機系統中，最終同樣采用如前文所述的將WebAccess作為服務器，以HTTP，FTP，HTML等協議方式將信息經以太網傳給遠程客戶機。為了使系統更加完善，同樣考慮將網絡系統設計成冗余網絡以增強系統的可靠性。

4 系統功能調試

在完成不同網絡層的獨立設計后，對整體系統進行組裝和調試。與其余方案對比，所選方案采用研華公司開發的WebAccess網際組態軟件，其系統構架網絡層次分明有著很好的優越性，便于控制與管理，其強有力的網絡通信功能提供了巨大支持，在獲取WebAccess授權后，幾乎不需要其他多余的硬件設施即可完成網絡系統的構建，同時研華公司對WebAccess的授權只需要一次性購買，其后就永遠沒有點數限制，可享受無限點待遇。冗余系統設計是WebAccess的最大亮點，不僅使用方便，且具有高可靠性。圖6是采用WebAccess監控軟件方案構建遠程綜合監控網絡的整體結構示意圖。

從圖6中可以看出，所設計網絡的三層控制系統結構分明，從最底層設備的控制層到現場總線層中間監控層以及WebAccess工程節點和局域網PC機局域網監控層和最上層的互聯網監控層，各層控制網絡之間任務分工明確，在保障基本功能實現的同時，利用冗余網絡技術和防火墻技術等提升了系統的整體穩定性能和安全可靠性能。從具體測試結果來看，局域網監控層和互聯網監控層，同樣歸屬為遠程監控層，但是在設計時，兩個控制網絡既相互獨立，又具有分布式控制特點，并最終通過WebAccess軟件對整體網絡系統進行集中管理和遠程監控。此設計策略在保證了下位設備機系統獨立性的同時，又可以進行統一監控且不用擔心破壞系統各自的完整性。綜上所述，實際調試結果驗證，采用WebAccess遠程監控方案設計的PLC綜合遠程網絡監控系統具有良好的監控特性，滿足了系統的整體設計要求。

圖6 系統整體實際調試工作原理圖

5 結 語

本文針對工業現場實時遠程控制的需求，設計了一套基于網際組態軟件WebAccess的遠程異構式網絡監控系統。具體工作和實現策略包括：基于三菱FX2N PLC構成綜合網絡底層現場控制系統，基于西門子S7?200 PLC和現場總線技術的多關節機械手及碼垛現代自動物流倉儲管理系統，基于MCGS和WinCC的組態軟件編程實現的中間監控層，將兩個異構系統集成實現最上層遠程監控層。系統整體具有分布式控制，集中管控，分層獨立設計，冗余網絡，防火墻維護和遠程監控等特點，達到了設計預期要求。

參考文獻

[1] 朱光燦，鄭萍，邵子惠，等.基于WebAccess的遠程實驗物流控制系統設計[J].實驗室研究與探索，2012，31（1）：68?72.

[2] 劉德生，張天開，李長啟，等.基于VB的WebAccess組態功能擴展[J].微型機與應用，2012，31（2）：8?11.

[3] 江天亮，張少波.基于S7?200 PLC飲料混合機的控制系統設計[J].現代電子技術，2014，37（13）：102?104.

[4] 潘益玲，羅坤明.基于MCGS和三菱PLC的五層電梯控制仿真系統設計[J].湖州職業技術學院學報，2013，11（3）：68?72.

[5] 呂俊.基于OPC的PLC在線PID模糊自整定系統[J].輕工機械，2013，31（2）：35?39.

[6] 徐翊峰，肖興明，王前，等.基于OPC與PLC的應用程序與提升機制動系統故障動態監測[J].煤礦安全，2009（12）：57?59.

[7] 朱凌云，林琳.基于WINCC的PLC控制系統仿真平臺設計[J].實驗室研究與探索，2010，29（5）：49?53.

[8] 李明輝，張秦.利用VB實現WinCC數據高級歸檔的研究和應用[J].自動化儀表，2012，33（6）：36?39.

[9] 王文強.基于西門子PLC以太網模塊與WinCC實現的遠程監控系統[J].工業控制計算機，2013，26（4）：34?36.

[10] 胡欣濤.PLC系統在水平繞線機上的應用[J].現代電子技術，2013，36（24）：168?170.