□ 張迎輝 阮友德 吳益宇

PLC遠程在線實訓(xùn)系統(tǒng)的研究與實踐

□ 張迎輝 阮友德 吳益宇

本文介紹了基于Internet技術(shù)的PLC遠程實訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建。該系統(tǒng)采用工業(yè)通訊模塊和網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，依托Internet和Siemens PLC強大的通訊能力，進行數(shù)據(jù)傳送，真正實現(xiàn)了遠程PLC的在線訪問。該系統(tǒng)可在遠程對實訓(xùn)室中PLC進行訪問，通過現(xiàn)場視頻直接觀察PLC及控制對象的動作，完成在線監(jiān)控、調(diào)試等工作。

PLC；遠程在線實訓(xùn)；數(shù)據(jù)通信安全

一、研究背景

遠程教育已進入以計算機網(wǎng)絡(luò)為重要教學(xué)手段的階段，但在實際教學(xué)中也出現(xiàn)了不少值得關(guān)注的問題，具體表現(xiàn)在：網(wǎng)上教學(xué)缺乏深度的交流互動；教學(xué)形式基本停留在網(wǎng)上提供教學(xué)信息、觀看視頻錄像或利用BBS進行簡單答疑的階段；無法提供現(xiàn)場實驗的內(nèi)容；實踐、實訓(xùn)教學(xué)無法滿足學(xué)生需要等方面。

本研究開發(fā)了一種基于Internet的PLC遠程實訓(xùn)系統(tǒng)，能夠較好地滿足了遠程教學(xué)的要求。該研究以《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程為基礎(chǔ)，課程的難點和重點在于程序設(shè)計和調(diào)試，能夠進行程序的傳輸、調(diào)試和現(xiàn)場檢驗?；贗nternet的PLC遠程實訓(xùn)系統(tǒng)，可使學(xué)員在遠程計算機上完成PLC程序的編制、上下載，遠程檢驗和調(diào)試。通過攝像頭可以實時觀察到PLC和實訓(xùn)設(shè)備的工作情況，以驗證程序是否正確。構(gòu)建這類實訓(xùn)平臺，需解決工業(yè)數(shù)據(jù)遠程安全傳輸方式和實訓(xùn)教學(xué)方法等問題，本研究較好地解決了上述難題，為PLC遠程在線實訓(xùn)提供了一些可供借鑒的經(jīng)驗。

二、遠程在線訪問系統(tǒng)的組成

PLC遠程在線訪問系統(tǒng)的組成如圖1所示：主要由PLC、受控對象、現(xiàn)場攝像頭、遠程通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議和遠程訪問計算機組成。遠程計算機裝有Windows XP操作系統(tǒng)，西門子PLC編程軟件和網(wǎng)絡(luò)安全連接協(xié)議（S-link）和PLC實訓(xùn)室配置遠程安全通訊模塊SY-RSCM（內(nèi)置S-link安全連接協(xié)議）與遠端計算機建立起和本地PLC之間的虛擬局域網(wǎng)VLAN通道。為滿足不同的實訓(xùn)要求，本系統(tǒng)可分別采用西門子S7-224XP和支持工業(yè)實時以太網(wǎng)（Profinet）的S7-1200 PLC實現(xiàn)。S7-224XP本身沒有以太網(wǎng)接口，為此增配了一個CP243-1的以太網(wǎng)模塊。而西門子S7-1200 PLC，可直接利用以太網(wǎng)作為編程和通訊接口。遠程通訊模塊具有交換，路由，防火墻、安全網(wǎng)關(guān)和VLAN等功能，用以建立可編程控制器、攝像頭等設(shè)備與遠程主機之間的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VLAN） 通道，從而實現(xiàn)100Mbps的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)還可由多臺管理計算機和服務(wù)器同時對多個遠程通訊模塊下的可編程控制器進行訪問。

三、遠程實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計

基于Internet PLC遠程實訓(xùn)系統(tǒng)具有如下主要功能：

1.具有遠程PLC現(xiàn)場監(jiān)控功能

遠端計算機可通過PLC的以太網(wǎng)通訊接口與實訓(xùn)現(xiàn)場的受控對象（如氣動機械手等）連接，由遠程計算機控制其動作。具有以太網(wǎng)接口的攝像頭，在分配IP后，可連接到遠程通訊模塊，通過遠程調(diào)節(jié)攝像頭找到適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控畫面，在現(xiàn)場實驗員的配合下完成對受控對象的遠程監(jiān)視和遠程調(diào)試。如圖2所示

圖2 攝像頭對受控對象進行監(jiān)視

2.對現(xiàn)場PLC的I/O點進行監(jiān)測

遠程計算機還也可以對現(xiàn)場PLC的輸入、輸出點進行監(jiān)測，圖3所示為監(jiān)控畫面。通過該類畫面，可了解現(xiàn)場PLC的輸入、輸出點動作是否滿足設(shè)計要求。

圖3 PLC的輸入、輸出點監(jiān)測畫面

3.提供一站式的學(xué)習(xí)環(huán)境

雖然該系統(tǒng)通過Internet、以太網(wǎng)、遠程通訊模塊和視頻攝像頭，實現(xiàn)了遠程程序上下載和現(xiàn)場實時信息的采集、監(jiān)控，達到了遠程實訓(xùn)的目的。但為使遠程實訓(xùn)更加可靠和快捷，研究者將組態(tài)技術(shù)與PLC遠程實訓(xùn)系統(tǒng)相結(jié)合，自主開發(fā)了仿真實訓(xùn)軟件，從而實現(xiàn)了遠程電氣線路仿真接線和受控對象仿真控制，如圖4、圖5。學(xué)生可在遠程反復(fù)進行編程和接線的仿真練習(xí)，熟練后再進入遠程實訓(xùn)。因此本系統(tǒng)能為學(xué)員提供遠程仿真實訓(xùn)、PLC輸入、輸出點遠程監(jiān)測、受控對象動作遠程監(jiān)控和程序的遠程調(diào)試，實現(xiàn)了一站式教學(xué)，收到了事半功倍的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

圖4 遠程仿真電氣系統(tǒng)接線

圖5 遠程仿真控制受控對象

本實訓(xùn)平臺已穩(wěn)定運行半年，達到了預(yù)期效果，受到了學(xué)員及同行的好評。本系統(tǒng)的特點在于用戶無需高深的計算機水平，即可完成遠程實訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建，實現(xiàn)安全的遠程數(shù)據(jù)傳輸。同時，系統(tǒng)提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)仿真訓(xùn)練軟件，為遠程實訓(xùn)提供了必要的前期準(zhǔn)備。該系統(tǒng)提供的遠程實訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)建方案和實訓(xùn)教學(xué)方法，易用性好，可靠性高，對提高我國遠程實訓(xùn)技術(shù)水平和內(nèi)涵將起到積極的推動作用。

[1]崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]遠程安全通訊模塊SY-RSCM使用手冊.賽遠自動化有限公司.2010：14.

[3]SIMATIC PROFINET系統(tǒng)說明.Siemens AG.2006：46-48.

[4]喬曉琳.基于IPSec VPN應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù).VOL.6，No.5，2010，（2）：1072-1074.

2010－10－25

張迎輝，副教授，碩士，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電工技術(shù)實訓(xùn)室主任（518055）。

阮友德，工程師；吳益宇，高級工程師，深圳賽遠自動化有限公司（518000）。

責(zé)任編輯 柯 南

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