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(tǒng)中，現(xiàn)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(tǒng)的主流控制模式。這種傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)一般被設計為僅在工業(yè)現(xiàn)場內(nèi)使用，不與因特網(wǎng)互聯(lián)，其中的PLC僅具備專屬的IP地址，無法與遠端的監(jiān)控計算機實現(xiàn)無線通信。在這種技術束縛下，設備調(diào)試人員只能到設備現(xiàn)場進行調(diào)試、診斷和維護，現(xiàn)場調(diào)試數(shù)據(jù)也無法在遠端進行實時采集和監(jiān)控；因地域和距離的限制，設備廠商無法對現(xiàn)場設備故障及時響應，造成售后服務不到位、客戶投訴現(xiàn)象的發(fā)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(diào)試維護人員無法到設備現(xiàn)場等諸多弊端，大大降低產(chǎn)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(yè)現(xiàn)場的應用越來越多，這種與外網(wǎng)隔絕的控制模式已不再滿足工業(yè)控制領域的發(fā)展需求。使工業(yè)控制領域的設備便捷地接入遠程網(wǎng)絡并實現(xiàn)人機交互，成了當前工業(yè)控制領域的需求和研發(fā)方向。通過工業(yè)遠程控制和物聯(lián)網(wǎng)技術在工業(yè)自動化控制領域的應用，借助遠程物聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設備遠距離無線互聯(lián)和監(jiān)控的目的。

1 工業(yè)遠程物聯(lián)網(wǎng)技術的概述和應用

1.1 概述

工業(yè)控制系統(tǒng)從20世紀30年代開始出現(xiàn)，經(jīng)歷了機械/液動、模擬、數(shù)字、智能等幾個階段。隨著科技水平的不斷提升，工業(yè)控制的距離從原來的就地處理發(fā)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(fā)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(fā)展到今天的設備遠程監(jiān)控，操作從原來的人工操作逐漸發(fā)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(fā)展到今天的智能化、多樣化、數(shù)字化。這些控制手段實現(xiàn)了工業(yè)自動化領域的跨越式發(fā)展。

隨著工業(yè)自動化控制領域技術的不斷發(fā)展，工業(yè)遠程控制和物聯(lián)網(wǎng)技術在工業(yè)自動化控制領域得到應用和普及。物聯(lián)網(wǎng)是對互聯(lián)網(wǎng)的擴展和延伸，借助遠程物聯(lián)網(wǎng)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(lián)起來，造就一個萬物互聯(lián)時代，最終實現(xiàn)人與系統(tǒng)、系統(tǒng)與設備之間的互聯(lián)。

1.2 應用

在搭建好的遠程通信連接平臺上，物聯(lián)網(wǎng)通信模塊負責在現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集端建立人與系統(tǒng)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(xiàn)場設備進行數(shù)據(jù)的通信和采集，實現(xiàn)設備與設備的無線通信，以此來實現(xiàn)不受距離和其他苛刻條件限制的對現(xiàn)場設備的遠距離操作和監(jiān)控。

在離心機現(xiàn)場應用中，根據(jù)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(tǒng)，朝著自我檢測、網(wǎng)絡化和遠程監(jiān)控的方向發(fā)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(lián)網(wǎng)模塊聯(lián)網(wǎng)的多樣性、通用性、穩(wěn)定性來滿足不同的現(xiàn)場工藝需求，搭建人與系統(tǒng)之間信息傳遞的紐帶和橋梁，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，使工業(yè)控制領域的設備便捷地接入遠程網(wǎng)絡并進行人機交互；實現(xiàn)對PLC和HMI遠程編程與調(diào)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(jiān)控計算機實現(xiàn)無線通信的技術束縛。

2 離心機控制系統(tǒng)方案的實現(xiàn)

2.1 主流（傳統(tǒng)）控制模式

在離心機常規(guī)自動化控制系統(tǒng)中，對工業(yè)現(xiàn)場設備的控制是通過PLC和HMI來實現(xiàn)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(tǒng)的主流控制模式，其特點是：監(jiān)控人員在遠端工控機上采用Modbus，Profibus和以太網(wǎng)等有線網(wǎng)絡通信方式對現(xiàn)場工業(yè)設備進行操作和監(jiān)控；設備調(diào)試維護人員到用戶生產(chǎn)現(xiàn)場，利用編程軟件和調(diào)試線纜對PLC和HMI實現(xiàn)編程與調(diào)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(wǎng)絡通信和操作，當監(jiān)控人員或調(diào)試人員脫離現(xiàn)場設備或二者之間距離很遠時，就無法實現(xiàn)對現(xiàn)場運行設備的控制和監(jiān)控了。

主流控制設備網(wǎng)絡如圖1所示。

圖1 主流（傳統(tǒng)）控制設備網(wǎng)絡圖

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

2.2 遠端（程）控制模式

在離心機遠端控制系統(tǒng)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(wǎng)絡層與現(xiàn)場控制層中的物聯(lián)網(wǎng)模塊建立無線遠程通信連接；控制層中的物聯(lián)網(wǎng)模塊與現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集端建立人與系統(tǒng)之間信息傳遞的紐帶和橋梁；控制層中的現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集端通過有線網(wǎng)絡直接連接現(xiàn)場設備。這樣遠端管理層就能不受區(qū)域和距離的限制，間接實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、控制和監(jiān)控。

在用戶工藝現(xiàn)場，物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)方式，可實現(xiàn)發(fā)送、接收的數(shù)據(jù)穩(wěn)定、實時、抗干擾性能強；有的工業(yè)現(xiàn)場無寬帶，無法布線，但有WIFI，那么可通過WIFI聯(lián)網(wǎng)；現(xiàn)場沒有網(wǎng)絡，但是有人，也可通過現(xiàn)場人員使用的手機熱點聯(lián)網(wǎng)；現(xiàn)場無網(wǎng)絡也無人，那么可以選擇物聯(lián)網(wǎng)模塊內(nèi)置4G/5G手機卡上網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)等。

遠端控制模式網(wǎng)絡如圖2所示。

圖2 遠端通信控制網(wǎng)絡連接圖

由圖2可知，管理層（遠程監(jiān)控）設備通過寬帶、WIFI或5G等任意一種聯(lián)網(wǎng)方式，連接到現(xiàn)場的物聯(lián)網(wǎng)模塊，再連接到現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集端（PLC+HMI），實現(xiàn)與運行設備的數(shù)據(jù)交換、控制和監(jiān)控。

遠端控制系統(tǒng)具有高環(huán)境適應性、高實時性、高可靠性等特點，目前正飛速發(fā)展，在工業(yè)控制領域得到越來越多的應用。

3 遠程物聯(lián)網(wǎng)模塊和軟件配置、組態(tài)

3.1 模塊介紹

本研究物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(huán)境適應能力；與WIFI，以太網(wǎng)，4G/5G等多種遠程通信方式結(jié)合，適應各種不同的工業(yè)環(huán)境，且具有極強的穩(wěn)定性和極高的安全性；支持斷線重連、異?；謴?、系統(tǒng)自監(jiān)控，確保監(jiān)控設備實時在線；采用云安全數(shù)據(jù)采集終端進行數(shù)據(jù)安全傳輸，確保通信數(shù)據(jù)安全。

3.2 軟件配置和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、畫面組態(tài)

（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(wǎng)線直接和GRM530的LAN網(wǎng)口連接，在上網(wǎng)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(wǎng)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(tài)監(jiān)控用數(shù)據(jù)詞典、編制控制程序和組態(tài)工藝畫面。安裝專用GVCOM3軟件；配置、添加連接遠程PLC/HMI網(wǎng)口通道和IP地址；編寫和編譯手機或PAD的APP監(jiān)控用數(shù)據(jù)詞典和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)；組態(tài)與PLC和HMI的連接網(wǎng)絡，編制邏輯控制程序和顯示畫面；制作手機APP上顯示的現(xiàn)場離心機控制工藝畫面；設置微信報警的訪問權限、數(shù)據(jù)類型和推送的報警內(nèi)容；組態(tài)歷史數(shù)據(jù)表和歷史數(shù)據(jù)曲線、實時數(shù)據(jù)曲線等。

4 實際應用結(jié)果與討論

為避免主流控制模式的弊端而采用物聯(lián)網(wǎng)模塊的無線遠程通信模式，通過實際應用和現(xiàn)場測試，其具有以下優(yōu)點：（1）突破傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)（具備專屬的IP地址）無法與遠端監(jiān)控計算機實現(xiàn)無線通信的瓶頸；（2）滿足國內(nèi)離心機技術發(fā)展朝著自我檢測、網(wǎng)絡化和遠程監(jiān)控的方向發(fā)展的需求；（3）隨著企業(yè)設備銷量的增加，解決了售后人員和資深調(diào)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(diào)試和維護現(xiàn)場設備，大大提高工作效率；（5）實現(xiàn)高效解決現(xiàn)場設備故障，對設備故障實時響應，節(jié)省和降低差旅及人工成本；（6）實現(xiàn)了調(diào)試數(shù)據(jù)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(wǎng)絡環(huán)境下穩(wěn)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(xiàn)場設備的報警，第一時間掌握現(xiàn)場設備的重要運行數(shù)據(jù)和運行情況；等等。

5 結(jié)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(tǒng)，充分利用物聯(lián)網(wǎng)遠程模塊和工業(yè)以太網(wǎng)技術將離心機與現(xiàn)場相關設備連接起來，隨時隨地進行遠程集中監(jiān)測和調(diào)控，遠程組態(tài)監(jiān)控現(xiàn)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(shù)據(jù)，以此來指導和維護新產(chǎn)品研發(fā)；給設備的制造方和使用方都帶來超預期的經(jīng)濟效益，提高設備的可靠性、提升產(chǎn)品的競爭力。該控制模式具有廣闊的發(fā)展前景和市場需求。