基于物聯網實現的遠程控制工業系統

蘇東海等

摘 要：傳統的工業控制是基于工廠總線的，但隨著互聯網的普及應用，采用物聯網來控制工業系統將是未來的發展趨勢。遠程控制工業系統是未來工業控制模式的必然方向，它具有及時性，方便性，快捷性等優點。文中主要基于物聯網，通過手機端遠程控制工業系統設計了一套基于Andriod系統操控平臺，擬為工業系統提供一套安全，方便，互操作性好的通信模式與控制方式。該系統已經通過測試，可以投入市場實際應用。

關鍵詞：物聯網；遠程控制；Andriod；操控平臺

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）08-00-02

0 引 言

本設計結合物聯網應用與工業控制來實現遠程手機客戶端實時監測工業過程中的工作情況，出現異常情況時，手機客戶端會得到相應的信息及故障類型，繼而通過手機客戶端直接操控電控系統，處理故障，故障完全處理之后，會返回信息給手機客戶端。

1 遠程工業控制系統的總體設計

該項目的總體設計分為三個部分，第一部分是手機終端，即監測操控端，專家可以通過手機App來直接操控工業系統，實現遠程控制；第二部分是下位機，下位機采用Arduino單片機及其網絡擴展模塊W5100；第三部分是模擬工業系統，工業端分為指示模塊、手動模塊、繼電器模塊、電源模塊。

手機終端App通過以太網與下位機Arduino實現通信，Arduino與工業端通過I/O口與工業系統進行通信。此款手機軟件為工業用專家控制系統，更加方便的實現工業遠程控制，手機客戶端通過以太網與Arduino的擴展板W5100進行通信，Arduino單片機會對電控系統進行相應的操作。

工業與物聯網結合的工業控制方式避開了工廠總線控制的弊端，例如操作人員必須親臨現場，某些操作具有一定的危險性，故障處理的不及時，監測反饋的滯后性等。工業物聯網實現了人、機器、系統的智能化，可交互式無縫連接。圖1為遠程工業控制系統流程圖。圖2為遠程工業控制實物圖。

2 上位機

遠程控制軟件分為兩部分：一端是客戶端程序Client，一端是服務端程序Sever，控制程序一般都編寫在服務端中，客戶端訪問服務端程序并發送接收信號，建立一個遠程服務系統，通過這種遠程服務，使用各種控制程序發送各種控制命令執行各種操作，設備端的信息也可以隨時在遠程控制端采集顯示。

上位機是基于Andriod系統設計的一款專家用遠程控制工業系統的人機交互界面，軟件的功能實現了向下位機發送字符的發送控制工業端，App分為四個界面，首先是歡迎界面，點擊登錄進入登錄界面，為了增加工業系統的操控安全性，需要輸入用戶名及密碼，進入網絡登錄界面，進行網絡連接，需要輸入IP地址及端口。網絡連接成功將進入操作界面，操控界面包括文本顯示區域，執行區域，故障區域，急停區域。文本顯示區域可以顯示網絡連接狀況，工業系統運行狀況，故障提示，故障類型顯示，故障處理結果。執行區域，可以實現對工業系統的運行，停止，復位，急停等各項功能。其中的故障區域，可以遠程根據故障類型處理故障。當系統出現異常情況時，故障燈開始閃爍，手機App將在文本欄顯示故障類型，專家可以根據故障類型操作，排除故障，當系統需要急操作時，點擊急停按鈕，系統將緊急停止。

上位機與下位機的通信分為兩個過程，一個過程是下位機向上位機反饋工業系統的運行狀態，上位機將在文本區域顯示運行、停止、復位、及故障類型等狀態；另一過程為上位機向下位機發送指令，以不同的字符方式來執行不同的操作。其流程圖如圖4和圖5所示。

3 下位機

該項目下位機部分選用的是Arduino單片機及它的網絡擴展模塊W5100，Arduino的內核為AVR單片機，編程語言為C語言，Arduino網絡擴展模式需要加入頭文件，作為服務端程序需要先設置IP地址和端口。

由于工業系統的復雜性，單線程無法進行良好的遠程控制，所以下位機需要采用多線程編寫，在程序中需要添加多線程頭文件，線程的方式是以結構體的形式編寫，設置各個線程，PT_BEGIN線程開始，PT_END線程結束，定義不同的變量sign即可實現不同的端口操作

通過上位機與下位機發送不同的字符來實現不同的線程，程序中設置的多線程功能包括：工業系統發來的故障類型，反饋的信息，已經對工業系統進行運行，停止，復位，急停，處理故障等操作。線程在進行運行之前，需要進行初始化，定義不同端口的負責不同的模塊，端口與模阻是I/O端口連接，在進行線程調度時，需要先讀取端口的狀態，根據不同的狀態發送給客戶端不同的字符，客戶端將接受不同的響應，執行操作時各個線程可以進行同步運行。

在進行TCP網絡編程時，先對服務器進行初始化，監聽客戶端，客戶端接收響應，開始進行連接，單片機與App進行數據的傳輸。流程圖如圖6所示，其運行代碼如下：

4 模擬工業系統

模擬工業系統具備四個模塊，電源模塊，繼電器模塊，手動開關模塊，指示燈模塊。該系統采用220 V電壓，經過變壓器轉換為24 V電壓，由模阻和繼電器對開關及指示燈進行操作，該系統可以通過網絡控制，也可以進行手動控制，該系統模擬了工業常出現的故障，該系統可以模擬標準的工業運行，停止，復位，急停，故障處理等操作，電路圖如圖7所示。當系統處于運行狀態時，無法進行復位，當系統處于停止狀態時，無法直接運行，需要先進行復位。不同的運行狀態都分別由不同的指示燈顯示，每個指示都與App界面的指示燈對應顯示。

5 結 語

該項目集物聯網技術，工業技術，電子技術，計算機技術為一體，可實現真正的遠程自動化工業控制，基于這樣的思想及技術，未來的工業的控制方式及應用將更加廣闊。

工業物聯網改變了傳統工業收集信息被動的方式，也改變了操作必須人在現場的局限性，對于危險操作的工作更是提供了安全的操作方式，發展工業物聯網是企業需要更新的全新理念。遠程自動化控制系統將給工業帶來更加便捷，更加智能等優勢。遠程控制是工業控制發展的必然趨勢，因此有必要在這一領域繼續深入研究。

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