邵彥錕，崔洪旺，劉金達

1 基于4G網絡技術的遠程通訊

目前，在無線網絡中，4G最適用于遠距離的網絡通信，且一般水泥廠廠區(qū)均已覆蓋4G基站信號。4G是目前世界主流的無線通訊方式，其技術成熟且已得到廣泛的應用。4G理論峰值傳輸速率可以達到下行100Mbps、上行50Mbps，能夠滿足一般水泥廠的數據采集工作需要。

利用4G網絡技術，可以將單機PLC系統(tǒng)內的數據通過加密信道傳輸到網絡云服務器，再通過賬戶授權的方式將信息及控制點分配給不同層級的用戶。此種方式省去了DCS層級繁瑣的配置工作，擁有更高的信息獲取自由度及更加多樣化的控制方式。

2 單機PLC遠程信息系統(tǒng)的特點及應用

目前可以采取兩種服務器模式實現(xiàn)單機PLC遠程信息系統(tǒng)搭建，即“接管服務器”模式和“托管服務器”模式。

2.1 基于“接管服務器”模式的遠程信息系統(tǒng)的技術特點及現(xiàn)場應用

2.1.1 技術特點

“接管服務器”模式需在現(xiàn)場PLC柜內加裝目前通用的工業(yè)4G路由器，將PLC與4G路由器用以太網連接，搭建遠程服務器的工業(yè)信息采集系統(tǒng)和網絡框架，配置參數，使其與現(xiàn)場的4G路由器建立VPN信道，使PLC和服務器置身于同一個虛擬局域網段內，再配置服務器對外訪問的接口，即可給用戶提供不同的數據訪問或數據控制的權限。遠程數據監(jiān)控系統(tǒng)架構見圖1。

另外，“接管服務器”模式需自行搭建和維護數據服務器，數據的訪問量依托于服務器的承載能力以及服務器所在網絡環(huán)境的狀態(tài)。優(yōu)點是配置自由度高，可擁有服務器端的最高權限；缺點是成本高，配置繁瑣，對服務器所在網絡環(huán)境有一定要求。

2.1.2 現(xiàn)場應用

山東煙臺某水泥廠取料機的遠程信息監(jiān)控系統(tǒng)就是應用的“接管服務器”模式，該水泥廠的堆取料機進行了全自動堆取料的升級改造，實現(xiàn)了全程無人值守模式。因為堆取料機屬于運動平臺，動力電是通過卷盤內的電纜輸送，而信號則是通過短距離低頻無線信號傳輸系統(tǒng)與DCS通訊，通訊的數據量有限，無法全面覆蓋PLC內的信息。若要實現(xiàn)全自動堆取料過程，則需進行長時間的數據監(jiān)控及在線調試。為此，我們在該項目中增設了遠程控制系統(tǒng)。圖2為取料機現(xiàn)場運行實況。

該遠程信息監(jiān)控系統(tǒng)的硬件為315-2PN/DP PLC與工業(yè)4G路由器，通過以太網連接。圖3為取料機PLC柜內部結構，黑色盒子即工業(yè)4G路由器，通過吸附在柜體頂部的4G路由器專用天線完成4G信號的傳輸。

該系統(tǒng)的服務器設在公司，公司的網絡是固定的外網IP，由信息中心的總路由器接入，再經網管系統(tǒng)保護監(jiān)控，以不同的端口分配給公司內網用戶不同的使用權限。內網用戶若想通過服務器監(jiān)控項目PLC內的數據，就需要在網管系統(tǒng)中添加白名單。服務器和現(xiàn)場4G路由器之間搭建PPTP類型的VPN連接，以連通從現(xiàn)場到服務器的鏈路。再配置服務器的信息采集系統(tǒng)，國產工業(yè)SCADA軟件如組態(tài)王、力控、紫金橋等都配有數據網絡發(fā)布的功能。以紫金橋軟件為例，先配置PLC數據采集的設置和網絡數據收發(fā)端口以及Web發(fā)布端口，再配置服務器的IIS發(fā)布功能，激活軟件運行平臺，經調試后，將現(xiàn)場堆取料機的數據發(fā)布上網，用戶可通過用戶名和密碼訪問數據。遠程監(jiān)控系統(tǒng)數據平臺見圖4、圖5，取料機現(xiàn)場觸屏控制畫面見圖6，遠程監(jiān)控系統(tǒng)數據平臺畫面見圖7。

圖1 遠程數據監(jiān)控系統(tǒng)架構拓撲圖

圖2 取料機現(xiàn)場運行實況

圖3 取料機PLC柜內安裝4G路由器

圖4 遠程監(jiān)控系統(tǒng)數據平臺客戶端登陸畫面

圖5 遠程監(jiān)控系統(tǒng)數據平臺

圖6 取料機現(xiàn)場觸屏控制畫面

圖7 取料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)數據平臺界面

2.2 基于“托管服務器”模式的遠程信息系統(tǒng)的技術特點及現(xiàn)場應用

“托管服務器”模式使用第三方平臺的云服務器接收、發(fā)送數據，硬件上PLC與第三方4G遠程模塊相連，數據經加密信道傳輸到云服務器端，設備工程師和管理人員可通過手機端APP訪問服務器上的數據，或者經由API接口將數據發(fā)送到指定位置。這種模式的特點是服務器可全程托管，維護成本低，維護便捷?，F(xiàn)已有多個項目應用這種模式進行數據采集。圖8、圖9是某生料輥壓機改造項目遠程采集手機APP端展示的數據。

2.3 兩種服務器模式的技術對比（表1）

3 基于遠程信息系統(tǒng)的設備維護和專家數據分析

基于以上兩種服務器模式搭建的遠程信息系統(tǒng)不僅能夠進行數據采集，也是進行設備維護和專家數據分析必不可少的途徑之一。

3.1 設備維護

設備工程師可對現(xiàn)場PLC程序進行遠程維護，如出現(xiàn)重大故障，設備工程師可遠程檢查處理，降低設備停機帶來的不利影響。如圖10所示，設備維護人員可隨時在線查看設備維護情況，選擇目標項目點擊加入網絡后，即可對該項目所連PLC進行維護。圖11是設備維護人員遠程對現(xiàn)場PLC程序進行遠程數據接收的畫面。

3.2 專家數據分析

在專家數據分析方面，任何的第三方系統(tǒng)都可由指定的API接口，通過令牌加密的方式訪問遠程采集系統(tǒng)的數據。這種遠程方式現(xiàn)已與集團BIM信息平臺對接，圖12所示為BIM平臺接收遠程數據界面，BIM平臺將收集到的數據信息提供給平臺內各領域的專家，再由專家對設備的運行狀態(tài)、備件報備等做出評估。

表1 兩種服務器模式的技術對比

圖9 手機端數據歷史趨勢瀏覽

4 結語

構建智能化水泥工廠的基礎是有足夠的信息量以實現(xiàn)大數據的AI算法。通過4G網絡技術，利用“接管服務器”和“托管服務器”兩種技術模式搭建單機PLC遠程信息采集系統(tǒng)，對完善單機系統(tǒng)信息化、智能化具有重要意義，是實現(xiàn)水泥工廠智能化發(fā)展的必要條件。

圖10 設備遠程維護軟件界面

圖11 遠程在線維護

圖12a BIM平臺接收遠程數據界面

圖12b BIM平臺接收遠程數據界面