[摘 要]基于4G/5G數字通信網絡和PLC技術，通過云端技術、DTU技術和SCADA軟件實現有效遠程控制，控制對象幾乎可涵蓋所有自動化執(zhí)行對象。這樣的控制方式，利用了既有的設備及基礎的互聯網，達到了對門禁設備遠程監(jiān)視控制的目標。

[關鍵詞]4G/5G+PLC；遠程門禁；控制系統(tǒng)

[中圖分類號]TP311.56 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0009–04

Research and Application of Remote Access Control System Based on 4G/5G+PLC

WANG Yushan，WANG Xin，CUI Shuang，LI Jinman

[Abstract]Through the global Internet + 4G/5G digital communication network， the technology between industrial automation PLCs is correlated， and effective remote control is carried out through cloud technology， DTU technology and SCADA software. Control objects can cover almost all automation execution objects. This control mode makes use of the existing equipment and the basic Internet to achieve the goal of remote monitoring and control of the access door.

[Keywords]4G/5G+PLC； remote access control； control system

1 遠程門禁控制系統(tǒng)方案

工業(yè)互聯網作為信息技術與工業(yè)經濟融合的產物，不僅有效地將人、機、物、系統(tǒng)聯系起來，而且通過高度的數據集成和智能化分析，極大地提高了生產效率和靈活性。其利用先進的傳感器、大數據、云計算和人工智能技術，實現了設備與設備、設備與人以及系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的實時通信和協(xié)同工作。在工業(yè)互聯網的推動下，制造業(yè)正在經歷一場深刻的變革。傳統(tǒng)的生產線演變?yōu)橹悄苌a線，能夠自動調整生產參數以適應不斷變化的需求和環(huán)境條件。本系統(tǒng)方案也是基于工業(yè)互聯網的應用。

系統(tǒng)方案如圖1所示，遠程電腦上鼠標操作信號通過4G/5G通訊發(fā)送至云端服務器，云端服務器再將這些信號通過工業(yè)互聯網的4G/5G數據傳輸送至被控制設備連接的4G DTU上，DTU和PLC之間通過通訊電纜連接，將接收到的數字形式的操作命令解析為PLC的輸出信號，經過接觸器后再控制執(zhí)行電機完成啟停、旋轉等動作，實現對門禁的操作。

2 門禁系統(tǒng)終端設計及選型

門禁系統(tǒng)操作終端包括三菱的可編程控制器FX3U-32MT，FX3U-485-ADP通訊卡，采用FBox的繁易無線通訊終端DTU，及移動的4G/5G物聯卡。方案涉及的DTU、三菱PLC、執(zhí)行接觸器如圖2所示。

2.1 DTU

數據傳輸單元（Data Transfer Unit，簡稱DTU）是網絡通信中的一個基本概念。其指在網絡中傳輸數據時，一次能夠傳輸的數據量的大小。這個大小通常由網絡的硬件和軟件共同決定。

DTU最基本的用法為在網絡通信中作為數據傳輸的基本單位。例如，當在網上瀏覽網頁時，瀏覽器會向服務器發(fā)送請求，請求獲取網頁的HTML代碼。這個請求即通過DTU傳輸。服務器接收到請求后，會將HTML代碼分割成多個DTU，然后逐個發(fā)送給瀏覽器。瀏覽器接收到這些DTU后，會將其重新組合成完整的HTML代碼，然后顯示出網頁的內容，如圖3所示。DTU數據連接涉及了無線網絡運營商，因特網寬帶供應商，用戶公司的網絡情況，以及用戶的電腦配置等環(huán)節(jié)，因此要建立該連接需要將各部分都配置好。

本質上，DTU（數據傳輸單元）和數據處理中心建立的是SOCKET連接。這種連接是一種基于網絡的通信方式，其允許兩個設備之間進行數據的傳輸和接收。

SOCKET連接通常包括兩部分，即客戶端和服務器端。在這種情況下，DTU通常作為客戶端，而數據處理中心則作為服務器端。DTU通過無線或有線的方式連接到網絡，然后通過SOCKET連接將數據發(fā)送至數據處理中心。

數據處理中心接收到數據后，會對數據進行處理和分析。這可能包括數據的解碼、格式轉換、存儲、分析等步驟。處理后的數據可用于各種應用，如遠程監(jiān)控、數據分析、決策支持等。

SOCKET連接的優(yōu)點在于其穩(wěn)定性和可靠性。一旦建立了連接，就可保證數據的連續(xù)傳輸，即使在網絡環(huán)境不穩(wěn)定的情況下也能保持連接。此外，SOCKET連接還支持雙向通信，即不僅可從DTU向數據處理中心發(fā)送數據，也可以從數據處理中心向DTU發(fā)送數據。然而，SOCKET連接也有其局限性：①建立和維持SOCKET連接需要消耗一定的網絡資源；②如果數據量過大，可能會對網絡帶寬產生壓力；③SOCKET連接需要采取適當的安全措施來保護數據的安全。

2.2 三菱可編程控制器FX3U-32MT

三菱可編程控制器FX3U-32MT主要組成部分為CPU運算和控制中心、存儲器、輸入/輸出接口等。

CPU運算和控制中心在該PLC中起到“心臟”作用。用戶編寫的程序被輸入并存儲在PLC的用戶程序存儲器中。隨后，CPU利用系統(tǒng)功能（即系統(tǒng)程序存儲器內的解釋編譯程序）將該程序轉換為PLC可識別的編譯代碼。

存儲器是用于存儲的半導體電路，分為系統(tǒng)程序和用戶兩種。系統(tǒng)程序存儲包含管理、監(jiān)控及編譯用戶程序的系統(tǒng)程序，由只讀存儲器構成，廠家設置，內容固定且不受斷電影響。

輸入/輸出接口主要是全中文編程界面，采用梯形圖方式，通信方便。采用標準的MC協(xié)議和FBox通信。同時支持ST文本編程和SFC編程，便于本項目的開發(fā)。

2.3 FBox

FBox產品作為繁易工業(yè)物聯網平臺的關鍵組件，其被設計用來在各種工業(yè)環(huán)境中實現高效的數據采集和通訊。通過將FBox安裝在生產線上或與機械設備相連，企業(yè)能夠實時監(jiān)控設備狀態(tài)、生產進度以及環(huán)境參數等關鍵指標。過與繁易工業(yè)物聯網平臺的整合，FBox不僅可收集數據，還可利用平臺的數據分析和可視化工具，為用戶提供深入洞察和智能報告，幫助優(yōu)化運營效率和預測維護需求。可直接利用繁易遠程管理平臺實現遠程配置、診斷和管理等功能。FBox產品如圖4所示。

FBox產品功能豐富，支持350+工業(yè)協(xié)議接入，支持絕大部分工業(yè)設備連接；本地完成數據解析，將數據推送至云端服務器；支持邊緣計算，可在本地進行數據運算；支持繁易遠程管理工具，支持遠程配置、診斷。

2.3.1 FBox服務器設置

筆記本電腦連接互聯網，打開FBox的服務器軟件進行設置，設置通訊參數，選擇接線的COM1口，設置通訊設備為MODBUS RTU，選擇通訊類型RS485-2，設置通訊協(xié)議波特率9 600，數據為8，停止位1，校驗位無校驗。FBox服務器設置如圖5所示。

2.3.2 FBox數據監(jiān)視

建立數據監(jiān)控，可通過互聯網監(jiān)視三菱控制器采集到的數據，如圖6所示。

2.3.3 FBox遠程控制

PLC程序將地址D1的前8個位賦予輸出的Y0到Y7，通過下發(fā)指令，改變地址1的第一個位，由0變?yōu)?，PLC對應輸出點Y0動作，達到遠程控制接觸器，從而實現啟停電機或其他執(zhí)行設備的目的。控制對象能夠通過接觸器進行控制，不僅可控制門禁系統(tǒng)，也可控制語音、消防、廣播等各個控制對方。而且通過其他的通信方式，例如，ModbusRTU或TCP等，還可傳輸數據量，如溫度、濕度、壓力、水位等非電量，起到完全監(jiān)測的目的。相關控制方式如圖7所示。

2.4 SCADA系統(tǒng)

SCADA組態(tài)王KingView 6.55是亞控科技針對工業(yè)自動化領域推出的一款專業(yè)軟件，其集成了數據采集、監(jiān)控、控制以及數據分析等多項功能，旨在為用戶提供一個可靠、高效且經濟的自動化解決方案。該軟件以其友好的用戶界面和強大的系統(tǒng)集成能力，使得工程技術人員能夠輕松地對各種工業(yè)過程進行實時監(jiān)控和管理。

為面向低端自動化市場及應用的產品，KingView 6.55特別注重易用性和經濟性，其支持多種通訊協(xié)議，可與不同品牌和型號的PLC、DCS、智能儀表等設備無縫對接，實現數據的實時采集和控制指令的準確下達。此外，其還提供了豐富的圖形庫和靈活的報表功能，幫助用戶快速構建直觀的監(jiān)控界面和生成詳細的生產報告。KingView 6.55還具備良好的擴展性和兼容性，可與企業(yè)資源計劃（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等上層管理系統(tǒng)進行集成，實現數據共享和業(yè)務協(xié)同，從而幫助企業(yè)提高生產效率，降低運營成本，增強市場競爭力。

SCADA系統(tǒng)分為控制層、監(jiān)控層、管理層。監(jiān)控層連接上下兩層，負責實時監(jiān)測和控制，并發(fā)揮上傳下達、組態(tài)開發(fā)的作用。設計時需考慮畫面、數據、動畫。使用組態(tài)王軟件設計監(jiān)控系統(tǒng)，提供可視化監(jiān)控，利用Windows圖形功能創(chuàng)建監(jiān)控畫面，展示設備狀態(tài)的動畫，具備報警、趨勢曲線等功能，方便生成報表。軟件支持多種設備驅動，組態(tài)靈活，數據鏈接能力強。SCADA系統(tǒng)如圖8所示。

本項目借助組態(tài)王軟件，通過4G/5G網絡遠程可全球操作相關的PLC控制器，實現本項目的開發(fā)目的。同時若編程專業(yè)能力強，可采用C#、QT或VS等相關的界面編程。

3 結束語

本項目旨在搭建一套遠程控制系統(tǒng)，可通過公共通訊網絡建立操作人員到設備的鏈路，實現對設備的遠程操作?？蓪崿F只要有網絡即可完成相關的授權操作。

通過項目的實施，實現了這一預期目標，即可實現后臺組態(tài)軟件的鼠標點擊操作，一直鏈接到PLC控制的接觸器動作和復歸這一目標。其創(chuàng)新點在于后臺組態(tài)軟件到4G/5G網絡服務器再通過4G DTU設備到PLC控制的執(zhí)行組件的通訊鏈路構建。適用于一些非接觸的應用環(huán)境。

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