基于web的消磁電源訓練模擬系統的遠程控制

鄭云波，趙文春，劉勝道

（海軍工程大學 電氣工程學院，武漢 430033）

基于web的消磁電源訓練模擬系統的遠程控制

鄭云波，趙文春，劉勝道

（海軍工程大學 電氣工程學院，武漢 430033）

針對消磁電源訓練模擬系統，從總體結構、硬件設計、軟件設計三個方面設計了基于 web的遠程控制方案。該設計有效地將實驗室與各消磁站有機地聯系在一起，構成系統網絡，便于廣大學員自由在線進行消磁電源模擬訓練以及專家提供在線支持。

Internet遠程控制消磁電源訓練模擬系統PLC

0　引言

艦船消磁是指通過消磁電源往艦船外敷設的線圈中通強電流，利用此電流產生的磁場讓艦船鋼板及內部設備的磁結構發生變化，從而消除艦船固定磁場[1]。可見，在消磁勤務中，消磁電源的地位十分重要。我們在實驗室制作了消磁電源模擬柜，通過PLC控制來模擬消磁電源運作，同時連接到PC機，通過PC機對其進行遠程控制。考慮到電源所需的穩定性及安全性，我們并沒有采取現在最新的無線連接，而是采用電纜連接PC機和模擬電源柜。而在遠程客戶端則通過PC機登陸瀏覽器，讀取對該模擬電源柜的實驗操作數據以及遠程操作。本論文主要介紹消磁模擬電源基于web的遠程控制系統設計方案。

1　消磁模擬電源遠程控制系統的總體結構

1.1消磁電源訓練模擬系統

消磁電源訓練模擬系統主要是模擬消磁站實際消磁電源，利用可編程控制器PLC進行程序控制，使消磁電源模擬輸出正負交替、逐漸衰減的間歇脈沖電流[2]。系統設計采用西門子公司的S7-200 CPU226系列PLC。其作為一種小型PLC，具有多種功能模塊和人機界面，可以很容易組成PLC網絡，系統集成也非常方便，可以較好地完成消磁電源所需要的各種控制。

1.2系統需求分析

隨著計算機、通信等技術的飛速發展，網絡控制越來越多的應用在實驗室、工業控制等領域。西門子公司S7-200系列PLC目前主要網絡結構有現場總線控制方式和以太網的控制方式，現在還有最新的紅外控制、藍牙控制等。而最新的紅外控制和藍牙控制，并不能確保數據的完整性和安全性，在遠距離信息傳輸方面會有信息延遲和信息遺失，不能保證實驗的可靠性。鑒于此，本實驗最終通過 Internet將部隊各地消磁站和學校消磁實驗室連接成一個網絡，采用遠程數據/圖像/聲音實施采集和遠程控制，在遠程計算機上進行實驗操作和獲取學員操作信息。基于 Internet的遠程控制充分利用了實驗室的消磁模擬電源，讓廣大官兵和學員可以不受時間和地點的約束[3]，自由練習操作技能，熟練操作方法，可有效地降低實際消磁電源的誤操作。

1.3總體結構設計

PLC具備多種數據通信接口和較為完善的數據通信能力，可以與其他PLC或者其他設備構成通信網絡，實現復雜的控制要求。本實驗采取基于B/S的上位連接系統網絡。上位連接系統是一個自動化綜合管理系統。服務器收集和管理上位機發送來的信息數據，并發送相關命令控制上位機運行。其總體結構如圖1所示。

圖1　遠程控制系統總體結構圖

設計上位計算機通過串行接口與PLC相連，對PLC進行監視和管理，構成集中管理、分散控制的分布式多級控制系統。而客戶端和上位計算機之間通過瀏覽器/服務器模式進行遠程監控。瀏覽器-服務器（B/S）模式是以web技術為基礎，基于HTTP超文本傳輸協議完成的，如圖2所示。這種模式要求遠程客戶端PC機通過HTTP通信協議向WEB服務器發出相應指令，服務器得到指令后，將指令轉換為SQL語言訪問數據庫，在數據庫服務器中，對指令進行對比校驗，并進行相應的處理，將最終的數據結果傳回web服務器，服務器對結果進行相應的轉換，必要時加入一些相關信息，并最終轉換成HTML頁面，顯示在客戶端PC機的瀏覽器界面上。

圖2　B/S工作模式

2　硬件結構

本實驗所設計的基于web的消磁電源訓練模擬系統是以實際的網絡拓撲結構為模板，其硬件結構如圖3所示。從地理位置上劃分，基于web 的 PLC模擬消磁電源訓練系統分為遠程網絡和本地實驗室網絡；從硬件結構上劃分，該訓練系統分為客戶端層、服務器層、控制器層。在此需要說明的是，本實驗利用了PLC直接模擬實際設備工作情況，故在本次實驗中不存在設備層。在本實驗中，遠程網絡即為相對應的客戶端層及其相關網絡器件，本地實驗室網絡則包括服務器層和控制器層。

2.1客戶端層

客戶端層，即指接入Internet的遠程客戶端，在本實驗中包括管理者工作站、指導老師工作站和遠程實驗工作站。遠程用戶可以在 PC機上打開通用瀏覽器，在客戶端web瀏覽器所提供的人機交互界面中登錄到系統服務器中，在授權驗證后，方可進行遠程實驗操作以及數據信息查詢等功能。服務器在接收到客戶端的指令后，將指令傳達給PLC 200。客戶端也作為接收端，接收傳遞上來的反饋信息和數據信息，并顯示在瀏覽器頁面上。客戶端層主要與服務器進行通訊連接，完成傳遞指令、接收信息、對操作人員的身份進行驗證等功能。

對于瀏覽器-服務器模式的控制方式而言，遠程客戶端要求非常簡單，只需要配備一臺電腦，能夠運行PLC編程軟件，遠程用戶即可在通用瀏覽器上進行模擬操作。

圖3　消磁控制系統遠程控制硬件結構

2.2服務器層

服務器層是整個遠程控制系統的核心，也是這個系統的中轉站[4]，它連接客戶端層的 PC機和控制層的PLC：一方面將消磁模擬電源產生的數據信息、運行狀態等參數保存到數據庫中，再向遠程客戶端發送；另一方面將客戶端發出的指令傳送給控制層，同時完成HTTP協議的轉換及操作者的授權認證。在本實驗中，服務器層包括web服務器、數據庫服務器、WinCC服務器、音頻/視頻服務器、遠程實驗代理服務器。由于實驗設備的限制，所以將WinCC服務器、web服務器、數據庫服務器都集中在遠程實驗代理服務器上，即實驗室本地 PC，音頻/視頻服務器作為實驗室的一個擴展功能。

Web服務器是專門用于為遠程客戶提供網絡服務功能的服務器。該服務器運行為遠程實驗所設計的網站。操作者通過普通瀏覽器打開該網站，進行身份驗證登陸后即可進行遠程實驗操作以及信息查詢。

數據庫服務器是以數據庫表為依托，專門用于存放實驗運行的實時數據、歷史數據以及一些用戶信息。數據庫通過以太網，接收PLC和客戶端之間傳遞的指令和數據，完成數據保存和整理功能。除此之外，數據庫服務器還提供設備故障報警信息。數據庫保存著用戶信息、實驗數據等大量重要信息，因此，數據庫的安全性也是至關重要，關系著整個系統的數據安全問題。

WinCC服務器的實現是依托于西門子公司的組態軟件 WinCC及其組件 WinCC Web Navigator。它不僅是遠程實驗服務器，對遠程客戶端的命令和參數進行解析執行，將結果反饋給遠程客戶端，也可作為遠程實驗代理服務器，對實驗室模擬電源進行現場控制，與連接在工業以太網的控制設備進行通信，對 PLC進行現場監控，并將實驗結果等保存到數據庫中。

音頻/視頻服務器主要是提供現場聲音及圖像，讓遠程用戶在做實驗時效果更直觀，同時作為一個模擬消磁電源訓練系統，更接近于實際消磁電源。

3.3控制器層

控制器層的作用是對現場設備進行過程控制，為可視化單位提供數據并接受其控制命令。本實驗中，西門子公司的S7系列200PLC，既作為實驗設備，也能自動控制。STEP7為西門子公司旗下的 PLC編程軟件，可以方便地對 S7-200 CPU進行編程、下載、上傳和監控等操作。

3　軟件結構

基于web的消磁電源訓練模擬系統的遠程控制軟件結構主要有：web服務器、遠程控制服務器、遠程音頻/視頻服務器。其結構如圖4所示。

3.1 Web服務器

Web服務器是遠程客戶端與控制服務器的接口。在web服務器中運行設計的網站頁面上，操作者在界面上完成注冊登錄后，可以進入到遠程控制界面完成消磁模擬電源訓練，也可以進入到數據查詢界面進行數據查詢，管理者也可以進行用戶信息管理。

圖4　消磁控制系統遠程控制軟件結構

3.2遠程控制服務器

遠程控制服務器的設計有兩種方法：其中一種就是利用數據庫之間數據傳輸實現，將數據先傳到數據庫中，然后在遠程客戶界面上顯示所需的實時數據或者歷史數據，從而為用戶提供相應的遠程控制界面；另一種指的是運用WinCC Web Navigator發布的遠程控制平臺，其服務器如圖5所示。WinCC是西門子和微軟合作開發的監控系統軟件，是目前最常用的三大SCADA Supervisory Control And Data Acquisit I/On，數據采集與監視控制系統)之一[5]。該平臺接收遠程客戶端的命令和參數，將必要的數據和命令保存到數據庫中，而遠程客戶端則通過 WinCC Web Navigator客戶端輸入各種命令和參數，實現對現場控制對象PLC的控制[6]。

圖5　WinCC服務器結構圖

4　結束

本論文主要通過對消磁電源訓練模擬系統的研究，提出了遠程控制系統的總體設計思路，從總體結構、硬件設計、軟件設計三個方面設計了其基于web的消磁電源訓練模擬系統遠程控制方案，該設計能有效地將實驗室與各消磁站有機地聯系在一起，構成消磁系統網絡，便于廣大學員在線進行消磁電源模擬訓練以及專家提供在線支持。

[1] 趙文春. 一種新型消磁電源系統的模擬研究[J]. 艦船電子工程，2011，(5): 157-159.

[2] 嚴孟奎. 消磁電源訓練模擬系統研究[D]. 武漢:海軍工程大學碩士論文，2010，(11).

[3] 唐鴻儒. 基于 Internet的遠程控制實驗室研究[J].測控技術，2005，25(2): 54-58.

[4] 孫承志. 西門子 S7-200/300/400PLC基礎與應用技術[M]. 機械工業出版社，2009.

[5] 趙德瑞. 基于Web的PLC控制系統遠程監控技術的研究[D]. 河北: 河北工業大學2010.

[6] 武立甲. 基于WEB的PLC遠程監控系統的研究[D].合肥: 太原科技大學2013.

Remote Control of Degaussing Power Training/Simulation System Based on Web

Zheng Yunbo，Zhao Wenchun，Liu Shengdao
(College of Electrical Eng.，Naval Univ. of Engineering，Wuhan 430033，China)

The remote control scheme of degaussing power training/simulation system is designed in terms of overall structure，software and hardware based on the web. This design connects lab and degaussing station together to be a system network，which is convenient for the students to have online degaussing power simulation training freely and the experts to give online support.

Internet; remote control; degaussing power training/simulation system; PLC

TP391.9

A

1003-4862（2015）12-0077-04

2015-10-08

鄭云波（1990-），女，碩士。專業方向：消磁電源的控制。