工業遠程物聯網技術在臥螺離心機控制系統中的應用

余宏翔

海申機電總廠（象山）（浙江寧波 315718）

在臥式螺旋卸料沉降離心機（簡稱“離心機”）設備自動化控制系統中，現場近端控制器主要包括可編程邏輯控制器（PLC）和人機交互界面（HMI），這種配置已成為離心機控制系統的主流控制模式。這種傳統的控制系統一般被設計為僅在工業現場內使用，不與因特網互聯，其中的PLC僅具備專屬的IP地址，無法與遠端的監控計算機實現無線通信。在這種技術束縛下，設備調試人員只能到設備現場進行調試、診斷和維護，現場調試數據也無法在遠端進行實時采集和監控；因地域和距離的限制，設備廠商無法對現場設備故障及時響應，造成售后服務不到位、客戶投訴現象的發生。在一些特殊的非人為因素（如疫情、因氣候惡劣停航停運）情況下，調試維護人員無法到設備現場等諸多弊端，大大降低產品的競爭力，造成設備維護效率低、資源浪費大、客戶滿意度差等一系列問題。

隨著PLC在工業現場的應用越來越多，這種與外網隔絕的控制模式已不再滿足工業控制領域的發展需求。使工業控制領域的設備便捷地接入遠程網絡并實現人機交互，成了當前工業控制領域的需求和研發方向。通過工業遠程控制和物聯網技術在工業自動化控制領域的應用，借助遠程物聯網模塊完全可以突破上述瓶頸的限制，不再受硬件本身的設計限制、地域、距離以及其他苛刻條件的束縛，實現工業現場設備遠距離無線互聯和監控的目的。

1 工業遠程物聯網技術的概述和應用

1.1 概述

工業控制系統從20世紀30年代開始出現，經歷了機械/液動、模擬、數字、智能等幾個階段。隨著科技水平的不斷提升，工業控制的距離從原來的就地處理發展到今天的遠程處理，功能從原來的檢測、記錄和簡單控制逐漸發展到今天的綜合智能控制與服務，工具從原來單一的儀表逐漸發展到今天的設備遠程監控，操作從原來的人工操作逐漸發展到今天的自動化操作，能力從原來的固定化、單一化逐步發展到今天的智能化、多樣化、數字化。這些控制手段實現了工業自動化領域的跨越式發展。

隨著工業自動化控制領域技術的不斷發展，工業遠程控制和物聯網技術在工業自動化控制領域得到應用和普及。物聯網是對互聯網的擴展和延伸，借助遠程物聯網模塊完全可以突破地域、距離和其他苛刻條件的限制，將人與物、物與物互聯起來，造就一個萬物互聯時代，最終實現人與系統、系統與設備之間的互聯。

1.2 應用

在搭建好的遠程通信連接平臺上，物聯網通信模塊負責在現場設備數據采集端建立人與系統之間信息傳遞的紐帶和橋梁。端操作者可以借助電腦、手機或PAD等相關便攜設備對現場設備進行數據的通信和采集，實現設備與設備的無線通信，以此來實現不受距離和其他苛刻條件限制的對現場設備的遠距離操作和監控。

在離心機現場應用中，根據離心機的特點，設計研制滿足離心機使用要求的高性能控制系統，朝著自我檢測、網絡化和遠程監控的方向發展是市場所需、技術所趨。遠程模塊通信是目前離心機控制中最快捷、最實用的一種通信方式。它利用遠程物聯網模塊聯網的多樣性、通用性、穩定性來滿足不同的現場工藝需求，搭建人與系統之間信息傳遞的紐帶和橋梁，實現對現場設備的實時數據采集和監控，使工業控制領域的設備便捷地接入遠程網絡并進行人機交互；實現對PLC和HMI遠程編程與調試、程序的上傳和下載等功能，完全不受距離和其他苛刻條件限制，克服因PLC具備專屬IP地址而無法與遠端的監控計算機實現無線通信的技術束縛。

2 離心機控制系統方案的實現

2.1 主流（傳統）控制模式

在離心機常規自動化控制系統中，對工業現場設備的控制是通過PLC和HMI來實現邏輯控制和操作的，這種硬件配置和操作模式已成為離心機控制系統的主流控制模式，其特點是：監控人員在遠端工控機上采用Modbus，Profibus和以太網等有線網絡通信方式對現場工業設備進行操作和監控；設備調試維護人員到用戶生產現場，利用編程軟件和調試線纜對PLC和HMI實現編程與調試、程序和畫面的上傳和下載等操作。此種模式因均采用有線網絡通信和操作，當監控人員或調試人員脫離現場設備或二者之間距離很遠時，就無法實現對現場運行設備的控制和監控了。

主流控制設備網絡如圖1所示。

圖1 主流（傳統）控制設備網絡圖

由圖1可知，遠端工控機管理層和現場調試控制層均采用有線網絡通信，通過不同的通信網絡與現場的設備數據采集端（PLC+HMI）相連接，實現交換數據、控制和監控的目的。

2.2 遠端（程）控制模式

在離心機遠端控制系統中，通過搭建好的遠程通信平臺：管理層借助電腦、手機或PAD等相關便攜設備，通過網絡層與現場控制層中的物聯網模塊建立無線遠程通信連接；控制層中的物聯網模塊與現場設備數據采集端建立人與系統之間信息傳遞的紐帶和橋梁；控制層中的現場設備數據采集端通過有線網絡直接連接現場設備。這樣遠端管理層就能不受區域和距離的限制，間接實現對現場設備的數據采集、數據交換、控制和監控。

在用戶工藝現場，物聯網遠程模塊的靈活性、多樣性和適應性，可滿足不同的需求，如：采用寬帶聯網方式，可實現發送、接收的數據穩定、實時、抗干擾性能強；有的工業現場無寬帶，無法布線，但有WIFI，那么可通過WIFI聯網；現場沒有網絡，但是有人，也可通過現場人員使用的手機熱點聯網；現場無網絡也無人，那么可以選擇物聯網模塊內置4G/5G手機卡上網聯網等。

遠端控制模式網絡如圖2所示。

圖2 遠端通信控制網絡連接圖

由圖2可知，管理層（遠程監控）設備通過寬帶、WIFI或5G等任意一種聯網方式，連接到現場的物聯網模塊，再連接到現場設備數據采集端（PLC+HMI），實現與運行設備的數據交換、控制和監控。

遠端控制系統具有高環境適應性、高實時性、高可靠性等特點，目前正飛速發展，在工業控制領域得到越來越多的應用。

3 遠程物聯網模塊和軟件配置、組態

3.1 模塊介紹

本研究物聯網模塊采用廣州市巨控電子科技有限公司GRM530遠端控制終端。該模塊具有靈活多樣的通信接口，可兼容RS232/RS485/RS422以及以太網等各種接口的PLC（支持西門子、三菱、歐姆龍、松下、施耐德、臺達、安川等主流品牌PLC），具有超強的環境適應能力；與WIFI，以太網，4G/5G等多種遠程通信方式結合，適應各種不同的工業環境，且具有極強的穩定性和極高的安全性；支持斷線重連、異常恢復、系統自監控，確保監控設備實時在線；采用云安全數據采集終端進行數據安全傳輸，確保通信數據安全。

3.2 軟件配置和網絡數據、畫面組態

（1）配置GRM530模塊（以WIFI為例）和IP地址。GRM530接上DC 12～24 V電源，電腦通過網線直接和GRM530的LAN網口連接，在上網的電腦瀏覽器界面輸入模塊的當前IP地址（默認192.168.1.240），即可進入模塊網絡設置界面；設置LAN的IP地址、WIFI的路由器名稱和密碼。（2）添加遠程PLC設備和組態監控用數據詞典、編制控制程序和組態工藝畫面。安裝專用GVCOM3軟件；配置、添加連接遠程PLC/HMI網口通道和IP地址；編寫和編譯手機或PAD的APP監控用數據詞典和網絡數據；組態與PLC和HMI的連接網絡，編制邏輯控制程序和顯示畫面；制作手機APP上顯示的現場離心機控制工藝畫面；設置微信報警的訪問權限、數據類型和推送的報警內容；組態歷史數據表和歷史數據曲線、實時數據曲線等。

4 實際應用結果與討論

為避免主流控制模式的弊端而采用物聯網模塊的無線遠程通信模式，通過實際應用和現場測試，其具有以下優點：（1）突破傳統的工業控制系統（具備專屬的IP地址）無法與遠端監控計算機實現無線通信的瓶頸；（2）滿足國內離心機技術發展朝著自我檢測、網絡化和遠程監控的方向發展的需求；（3）隨著企業設備銷量的增加，解決了售后人員和資深調試工程師緊缺、售后服務壓力暴增的難題；（4）設備維護服務工程師的時間得以充分利用，隨時隨地調試和維護現場設備，大大提高工作效率；（5）實現高效解決現場設備故障，對設備故障實時響應，節省和降低差旅及人工成本；（6）實現了調試數據的實時收集，不受地域距離的限制；（7）不同于VPN的簡單透傳，確保在復雜網絡環境下穩定、流暢、快速地下載，不受VPN受限的影響；（8）可通過手機不受時間、地域限制地接收現場設備的報警，第一時間掌握現場設備的重要運行數據和運行情況；等等。

5 結語

通過搭建的遠程通信連接而建立的離心機遠程控制系統，充分利用物聯網遠程模塊和工業以太網技術將離心機與現場相關設備連接起來，隨時隨地進行遠程集中監測和調控，遠程組態監控現場設備運行狀況與故障診斷，做到對故障排查即刻響應、設備運行狀況一手掌握；實時收集設備運行的關鍵數據，以此來指導和維護新產品研發；給設備的制造方和使用方都帶來超預期的經濟效益，提高設備的可靠性、提升產品的競爭力。該控制模式具有廣闊的發展前景和市場需求。