使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器和無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，工廠自動(dòng)化（FA）的興起，可編程邏輯控制器（PLC）具有功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，使其應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)控制領(lǐng)域。

在傳統(tǒng)的應(yīng)用方式中，PLC一旦安裝到使用現(xiàn)場(chǎng)后設(shè)計(jì)人員將很難跟蹤維護(hù)，出現(xiàn)問(wèn)題也不能及時(shí)調(diào)試和升級(jí)?，F(xiàn)在可以為PLC加裝GPRS/CDMA智能無(wú)線數(shù)傳設(shè)備（ DTU），改造為無(wú)線升級(jí)方案，實(shí)現(xiàn)了PLC的集中管理和分散控制。本方案使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器通過(guò)無(wú)線方式對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，不受距離和組網(wǎng)的限制。

方案論證

在工業(yè)控制領(lǐng)域，位于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC設(shè)備可能分布各地，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中管理分布于多個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC設(shè)備，采用電纜布線通信方式與遠(yuǎn)程服務(wù)器相連，不但布線麻煩、維護(hù)不方便、耗材極大，而且長(zhǎng)距離造成的通信不穩(wěn)定性大大增加（例如信號(hào)干擾、衰減）。尤其在高度分散性的工業(yè)控制系統(tǒng)，取而代之的無(wú)線通信方式，讓傳統(tǒng)布線方式所產(chǎn)生的問(wèn)題迎刃而解。無(wú)線通信方案主要有無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)和GPRS/CDMA無(wú)線通信兩大類。

無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)方案的建設(shè)成本（發(fā)射塔、天線、基站）及維護(hù)成本都是一筆不小的開(kāi)支，并且網(wǎng)絡(luò)容量有限。最重要的是通信距離有限，受城市影響很大，高樓大廈會(huì)造成電波的反射和折射，要不斷的調(diào)整電臺(tái)位置和天線位置，因此不宜采用。

GPRS/CDMA無(wú)線數(shù)據(jù)通信是如今廣泛使用的兩種通用通信方式。采用GPRS/CDMA無(wú)線通信方案，依靠現(xiàn)成的GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積大，維護(hù)成本低，通信可靠，而且完全不受距離的限制，特別適合分散性的工業(yè)控制系統(tǒng)，其中選擇GPRS網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)是覆蓋范圍廣泛，適合頻繁，突發(fā)和少量的數(shù)據(jù)傳輸，CDMA網(wǎng)絡(luò)是基于目前商用的CDMA2000-1X，因?yàn)榫哂欣碚撋?53.6K的速率，是GPRS網(wǎng)絡(luò)的3倍，所以適合有高速數(shù)據(jù)傳輸要求的應(yīng)用。

目前基于GPRS/CDMA無(wú)線數(shù)據(jù)通信方式的工業(yè)控制模塊和系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、安防、電力、金融、交通、石油、煤礦各個(gè)領(lǐng)域。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本方案中整個(gè)系統(tǒng)由用戶設(shè)備（PLC）、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DTU）、服務(wù)器三大主要部分組成，如圖1所示。服務(wù)器通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)、GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DTU）建立連接，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DTU）又通過(guò)串口（RS-232/485/422）直接與位于各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC相接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC遠(yuǎn)程控制。

圖1 DTU遠(yuǎn)程控制PLC方案

本文以廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的GPRS DTU ZWG-23A和OMRON的CJ1G-H 型PLC為例進(jìn)行方案的說(shuō)明。ZWG-23A是一款基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備（DTU），提供全透明數(shù)據(jù)通道，可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、無(wú)線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式，能夠讓串口設(shè)備輕松實(shí)現(xiàn)與Internet 的無(wú)線連接。

系統(tǒng)安裝配置流程

系統(tǒng)安裝流程主要有如下四個(gè)步驟：

·架設(shè)服務(wù)器并且安裝相關(guān)軟件；

·架設(shè)服務(wù)器；

·相關(guān)軟件：OMRON PLC上位機(jī)編程軟件（CX-Programmer 5.0）、DTU配置工具及虛擬串口（ZNetCManager）；

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝，ZWG-23A和PLC連接。ZWG-23A通過(guò)DB9母頭串口插座和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。該串口插座的外形和引腳編號(hào)如圖2所示。

圖2 DB9母頭插座編號(hào)

該DB9母頭串口插座引腳的引腳編號(hào)、信號(hào)名稱、功能定義和方向如表1所示。表中的“方向”都是相對(duì)于DTU設(shè)備而言的，例如“OUT”表示該引腳為DTU的輸出引腳。在連接硬件的時(shí)候需要根據(jù)PLC的通信接口引腳定義選擇合適的連接線。

配置工作通信工作參數(shù)

設(shè)置DTU接口通信參數(shù)、服務(wù)器IP、端口號(hào)和一些高級(jí)參數(shù)。DTU接口通信參數(shù)必須與PLC接口通信參數(shù)一致（此處設(shè)置為PLC的默認(rèn)值，波特率9600bps、起始位1位、數(shù)據(jù)位7位、停止位2位、偶校驗(yàn)），如圖3所示。DTU設(shè)置為客戶端，IP、端口號(hào)設(shè)置為服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)，高級(jí)參數(shù)主要設(shè)置數(shù)據(jù)包最大長(zhǎng)度和幀間隔時(shí)間等。

圖3 DTU基本參數(shù)配置

建立虛擬串口

在PC機(jī)運(yùn)行ZNetCManager軟件即可把位于各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的ZWG-23A的串口虛擬為PC的串口。PLC與DTU連接相當(dāng)于PLC直接與PC相連。

步驟1：打開(kāi)虛擬串口配置軟件→“新建”，彈出如圖4所示對(duì)話框。

步驟2：設(shè)置“虛擬串口數(shù)”→“建立虛擬串口”→“虛擬串口”，選擇虛擬串口號(hào)→“設(shè)備類型”，選擇設(shè)備類型，例如：使用的是ZWG-23A，選擇ZWG Series →“監(jiān)聽(tīng)端口”，端口配置與DTU的端口配置一致→“添加”→“確定”。如圖4所示。

步驟3：主界面中，“啟動(dòng)服務(wù)”，如果建立連接將出現(xiàn)已連接字樣。

設(shè)置上位機(jī)編程軟件

設(shè)置OMRON PLC相關(guān)參數(shù)，如PLC類型、連接模式、響應(yīng)超時(shí)時(shí)間等。

步驟1：打開(kāi)CX-Programmer 5.0，點(diǎn)擊“文件”→“新建”，在如圖5所示的對(duì)話框里設(shè)定新建PLC的名稱、選擇所使用的PLC的設(shè)備類型及網(wǎng)絡(luò)類型。

表1 DB9插座信號(hào)說(shuō)明

步驟2：?jiǎn)螕簟霸O(shè)備類型”右方的“設(shè)定”，選擇當(dāng)前CPU型號(hào)→“確定”。

步驟3：?jiǎn)螕簟熬W(wǎng)絡(luò)類型”右方的“設(shè)定”，彈出如圖6所示對(duì)話框。單擊“驅(qū)動(dòng)器”出現(xiàn)如圖7所示對(duì)話框。

圖3 DTU基本參數(shù)配置

圖4 配置屬性對(duì)話框

在CX-Programmer 5.0軟件的PLC設(shè)定中，上位機(jī)鏈接端口波特率是設(shè)置PLC的，DTU設(shè)置的波特率必須和此波特率一致才能正常通信。如兩者不一致，可以修改DTU的通信波特率；也可以修改PLC的通信波特率。

全都設(shè)置完畢后，進(jìn)入新建的工程。然后點(diǎn)擊連接，服務(wù)器便可以與PLC進(jìn)行通信。

優(yōu)化通信速度與降低GPRS流量

上文介紹了在PLC默認(rèn)波特率下進(jìn)行的通信，事實(shí)上通信速度還可以進(jìn)一步的提升，提高通信波特率可以實(shí)現(xiàn)更快的傳輸。

DTU工作模式默認(rèn)為永遠(yuǎn)在線模式，如果實(shí)際情況不要求DTU永遠(yuǎn)在線，只是需要的時(shí)候DTU才上線與PLC進(jìn)行通信，則可以采用空閑下線這種工作模式。在空閑下線模式（DTU 斷開(kāi)與服務(wù)器的連接），可以使用以下兩種方法使DTU 模塊與服務(wù)器之間重新建立連接。第一種是通過(guò)發(fā)送喚醒短信激活DTU；第二種是通過(guò)電話喚醒，只要撥打DTU SIM 卡的號(hào)碼，聽(tīng)到DTU掛斷，就說(shuō)明DTU 已經(jīng)喚醒，該方法不產(chǎn)生任何費(fèi)用，而且時(shí)效性更好。具體操作過(guò)程見(jiàn)參考資料。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試和運(yùn)行證明基于致遠(yuǎn)DTU的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，取得了滿意的效果。通過(guò)GPRS/CDMA無(wú)線通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC的遠(yuǎn)程控制是未來(lái)發(fā)展的一種趨勢(shì)，本文雖然僅以O(shè)MRON的PLC為例做了說(shuō)明這個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建，配置和實(shí)施的過(guò)程，實(shí)際上對(duì)于其他公司的PLC也是采用類似的步驟即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。