網(wǎng)絡(luò)通信與工業(yè)電氣自動(dòng)控制應(yīng)用

邢金春

摘要：隨著社會的快速發(fā)展，科技的進(jìn)步、工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入了自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)代，為了不斷提高工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，基于PLC 的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，PLC與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境的建立，對基于PLC 工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測和故障診斷。

關(guān)鍵詞：PLC遠(yuǎn)程控制 網(wǎng)絡(luò)通信 TCP/IP VPN

伴隨電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸深入到生產(chǎn)生活的各個(gè)角落，而其中的PLC技術(shù)作為一種重要的控制技術(shù)，給基于PLC的控制系統(tǒng)提出了網(wǎng)絡(luò)通信的要求。PLC發(fā)展至今，網(wǎng)絡(luò)功能已經(jīng)成為PLC技術(shù)的一大特點(diǎn)，加上可編程控制器的操作簡便性，能夠通過模擬對設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行診斷分析，從而更加準(zhǔn)確地了解設(shè)備運(yùn)行中存在的問題，這些都為上位機(jī)與PLC的聯(lián)網(wǎng)通信提供了條件。PLC與上位計(jì)算機(jī)（PC）結(jié)合后，可以充分利用上位計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形顯示能力、浮點(diǎn)運(yùn)算能力和方便的外存儲手段等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲。

1、PLC定義

PLC控制系統(tǒng)，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采用可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

1.1、PLC通用性強(qiáng)

在PLC應(yīng)用過程中能夠支持對工業(yè)環(huán)境的設(shè)計(jì)，PLC的通用性在運(yùn)用過程中表現(xiàn)在相對應(yīng)的裝置設(shè)備特別齊全，能夠滿足不同控制對象所需要的不同的要求，同時(shí)在PLC使用過程中人與機(jī)器能夠相互配合及通訊設(shè)備良好應(yīng)用，相關(guān)控制工作可行性非常高，操作過程簡單易學(xué)。PLC技術(shù)的通用性大大提高了電氣自動(dòng)化控制中的效率。PLC技術(shù)可以和其它設(shè)備進(jìn)行合理的契合以此達(dá)到電氣工程自動(dòng)化控制的要求。

1.2、PLC可靠性高

PLC實(shí)現(xiàn)了對大規(guī)模集成電路技術(shù)的大幅度應(yīng)用，對于傳統(tǒng)意義上來講，在接觸器的控制系統(tǒng)而言，PLC的好處便在于它省去了大量的硬接點(diǎn)去也就意味著在PLC技術(shù)的運(yùn)用期間故障的發(fā)生率會大大的降低，對PLC的系統(tǒng)工程抗干擾能力也有大幅度提升的重要價(jià)值。PLC技術(shù)相對于其他技術(shù)而言可靠性較高，有較強(qiáng)的可參考性。PLC的運(yùn)行速度快，智能化程度高，集成密度大網(wǎng)絡(luò)分布范圍大，這些特點(diǎn)和優(yōu)勢充分滿足了電氣工程自動(dòng)化的需要，也是PLC技術(shù)在于電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢因素。

1.3、PLC便捷性好

PLC系統(tǒng)支持利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)來支持對相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)安全操作，此行為對減少工作量、加大工作效率有重要效果，同時(shí)PLC技術(shù)擁有自我診斷的作用，能夠在相應(yīng)合適的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)高效的對于故障進(jìn)行分析與檢測，來對維修提供準(zhǔn)確切實(shí)的技術(shù)及數(shù)據(jù)支持，來保證系統(tǒng)正常有效率的運(yùn)行。在PLC控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，其良好的便捷性為自動(dòng)控制的完成提供了保障，所以在PLC控制技術(shù)的研究中，我們必須加強(qiáng)對系統(tǒng)整體便捷性的技術(shù)研究工作，特別是在高溫高壓等較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)過程中，電磁干擾嚴(yán)重的生產(chǎn)環(huán)境中，更要提高系統(tǒng)整體的便捷性來達(dá)到技術(shù)進(jìn)一步的高效應(yīng)用。

2、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在PLC中的應(yīng)用

TCP/IP協(xié)議

TCP/IP協(xié)議源于1969年，是針對Internet開發(fā)的一種體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，目的在于解決異種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信問題。使得網(wǎng)絡(luò)在互聯(lián)時(shí)能為用戶提供一種通用、一致的通信服務(wù)。是Internet采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

TCP/IP是一組通信協(xié)議的代名詞，是由一系列協(xié)議組成的協(xié)議簇。它本身指兩個(gè)協(xié)議集：

TCP（傳輸控制協(xié)議）。

IP（互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）。

TCP/IP協(xié)議的基本傳輸單位是數(shù)據(jù)包（Datagram）。

TCP協(xié)議負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)分成若干個(gè)數(shù)據(jù)包，并給每個(gè)數(shù)據(jù)包加上包頭，包頭上有相應(yīng)的編號，以保證在數(shù)據(jù)接收端能將數(shù)據(jù)還原為原來的格式。

IP協(xié)議在每個(gè)包頭上再加上接收端主機(jī)地址，這樣數(shù)據(jù)找到自己要去的地方，如果傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、失真等情況，TCP協(xié)議會自動(dòng)要求數(shù)據(jù)重傳。

3、工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)在plc中的應(yīng)用

利用編程軟件對plc遠(yuǎn)程編程與調(diào)試，程序的上傳和下載，監(jiān)測和故障診斷，實(shí)現(xiàn)plc的遠(yuǎn)程控制的需求變得越來越多。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)利用VPN over P2P遠(yuǎn)程安全通訊方式，實(shí)現(xiàn)plc遠(yuǎn)程控制，不僅保證PLC數(shù)據(jù)與普通互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行隔離傳送，還保證了PLC數(shù)據(jù)在不經(jīng)過云服務(wù)器的情況下直接傳送至監(jiān)控室，既減輕了云服務(wù)器的負(fù)荷，也進(jìn)一步確保了plc數(shù)據(jù)的安全性。

3.1、組網(wǎng)系統(tǒng)

工業(yè)網(wǎng)關(guān)支持所有主流plc，，如西門子，三菱，歐姆龍，臺達(dá)等。系統(tǒng)以plc為設(shè)備控制核心，以plc遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)關(guān)為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集終端，通過4G、wifi及以太網(wǎng)等多種通信方式再通過VPN over P2P的專用安全通道直接將PLC的程序及運(yùn)行參數(shù)采集至PC、LED屏等監(jiān)控終端。

依靠監(jiān)控終端的編程軟件實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程PLC的遠(yuǎn)程編程與調(diào)試、在線監(jiān)控、在線仿真、程序的上傳與下載、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、設(shè)備遠(yuǎn)程控制等功能。

3.2、工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)對plc遠(yuǎn)程控制可實(shí)現(xiàn)的功能

1、PLC遠(yuǎn)程在線監(jiān)視及編程

2、設(shè)備遠(yuǎn)程操控，參數(shù)遠(yuǎn)程采集

3、設(shè)備集約化管理

3、參數(shù)超閥預(yù)警，故障預(yù)警

3.3、智能網(wǎng)關(guān)可靠性與支持

利用工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)對plc遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)維護(hù)，不僅提高企業(yè)對設(shè)備故障的綜合防范能力和診斷水平，在大幅度降低故障率的同時(shí)為客戶提供了更快捷的服務(wù)，既減少了設(shè)備工程師的現(xiàn)場維護(hù)時(shí)間和費(fèi)用成本，也有效減少了客戶損失。

對于PLC控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其體積較小，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常靈活，加上編程語言較為豐富，能夠應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制裝置中，其在惡劣環(huán)境中的適應(yīng)性較強(qiáng)，因此能夠被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。

對于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其在工業(yè)遠(yuǎn)程故障診斷中的應(yīng)用具有非常重要的作用，通過這一設(shè)備能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)中存在的不安定因素進(jìn)行準(zhǔn)確分析，從而掌握設(shè)備運(yùn)行故障并對其進(jìn)行及時(shí)修復(fù)處理。

而對于遠(yuǎn)程控制故障診斷技術(shù)，系統(tǒng)采用的是一種公共網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包，雖然在數(shù)據(jù)傳輸過程中受到的限制較少，但由于其開放性較大，導(dǎo)致運(yùn)行數(shù)據(jù)很可能被竊聽或者篡改，從而導(dǎo)致遠(yuǎn)程故障診斷控制出現(xiàn)漏洞和失誤，嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)安全事故，因此，如何提高遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)的安全性是非常重要的，如采用VPN虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。

4、面向PLC遠(yuǎn)程控制云平臺軟件

遠(yuǎn)程控制云平臺系統(tǒng)是利用PLC領(lǐng)域的專業(yè)知識和推斷能力，控制模擬故障，并解決問題的人工智能軟件系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程控制云平臺軟件系統(tǒng)大多分為以下幾大部分組成：遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程編程、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)分析、專家系統(tǒng)、報(bào)警管理等。

遠(yuǎn)程監(jiān)控可以實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC設(shè)備的工作狀態(tài)，如觸摸屏、組態(tài)等，可以對現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行視頻的監(jiān)控。

遠(yuǎn)程控制可以異地遠(yuǎn)程對PLC或者觸摸屏進(jìn)行在線編程，上下載程序等，數(shù)據(jù)分析是根據(jù)已有的數(shù)據(jù)和要求，結(jié)合知識儲備倉的理論和事實(shí)，按順序進(jìn)行可控的推理，進(jìn)而得出想要的數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)內(nèi)外的數(shù)據(jù)形式，以表格或者語言表達(dá)出來，供工作人員識別和參考。能夠有效地診斷和模擬遠(yuǎn)程電氣工程中的故障，有效地解決故障問題。

PLC的故障診斷過程可以分為3個(gè)步驟：第一步是檢測設(shè)備狀態(tài)的信號，第二步是從檢測到的信號中獲取可能的故障信息，第三步是根據(jù)獲得的信息，結(jié)合其他的故障經(jīng)驗(yàn)，用合適的方式來判斷電氣設(shè)備的狀態(tài)，確定設(shè)備能否正常運(yùn)行。

5結(jié)語

經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展使得工業(yè)面臨著技術(shù)提升、設(shè)備更新的挑戰(zhàn)。工業(yè)控制必須朝著自動(dòng)化、連續(xù)化、高效化的方向發(fā)展。電氣設(shè)備的正常安全運(yùn)行是工作人員人身健康得以保障的基礎(chǔ)，現(xiàn)場設(shè)備若順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，必須能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制和故障診斷。遠(yuǎn)程控制診斷技術(shù)是一個(gè)跨越多學(xué)科的新型技術(shù)，包含最前沿的科學(xué)理論和技術(shù)，在現(xiàn)代社會得到了廣泛應(yīng)用。基于網(wǎng)絡(luò)通信PLC遠(yuǎn)程控制的電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的實(shí)時(shí)檢測，提高設(shè)備故障的診斷效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取綜合的手段解決問題，最終推進(jìn)電氣工程事業(yè)的發(fā)展。

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