怎樣通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程控制

隨著4G、5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊越來(lái)越穩(wěn)定，速度越來(lái)越快，完全可以滿足工業(yè)控制對(duì)安全、可靠的通訊需求，且無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，使用方便，流量資費(fèi)也在大幅下降。隨著人工工資快速增長(zhǎng)，無(wú)人值守、集中監(jiān)控需求大幅增加。因此工業(yè)設(shè)備通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制得到了快速的發(fā)展，且穩(wěn)定性、可靠性完全可以滿足常規(guī)的使用要求。PLC是一種邏輯可編程控制器，因其可靠穩(wěn)定，編程相對(duì)容易，在工業(yè)控制上得到了大規(guī)模的運(yùn)用。本文我們來(lái)介紹目前主流PLC如果通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的。

一、 PLC的怎么通過(guò)4G無(wú)線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊

1、DTU

PLC最開(kāi)始是通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，最早得到運(yùn)用的是DTU，DTU是通訊方式是類似485通訊modbus協(xié)議的透?jìng)鲄f(xié)議。

DTU使用配置比較麻煩，一般只支持485通訊，協(xié)議基本都是MODBUS，不支持各品牌PLC自有協(xié)議，還有DTU基本是屬于透?jìng)鳎?a target="_blank">上位機(jī)系統(tǒng)協(xié)議來(lái)解析接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中發(fā)送沒(méi)有握手協(xié)議，容易受網(wǎng)絡(luò)干擾丟失數(shù)據(jù)。

DTU一般需要做上層軟件的人員還需要懂modbus協(xié)議，做底層硬件的人還需要將PLC協(xié)議轉(zhuǎn)為modbus協(xié)議，早期的DTU還需要配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使用對(duì)技術(shù)人員要求比較高。還有就是透?jìng)鲄f(xié)議，采用的是輪詢的通訊方式，因此傳送數(shù)據(jù)不能太多，延遲比較大，一般傳送周期需要10S左右。

DTU以GPRS通訊的居多，GPRS網(wǎng)絡(luò)隨著4G\5G的大規(guī)模商用，有退網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。但是DTU價(jià)格低廉，在對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求不高的環(huán)境可以使用。2、PLC協(xié)議網(wǎng)關(guān)現(xiàn)在PLC無(wú)線遠(yuǎn)控控制采用協(xié)議網(wǎng)關(guān)+云的模式比較多，拓?fù)鋱D如下：

協(xié)議網(wǎng)關(guān)就是硬件模塊內(nèi)置了各種品牌的PLC協(xié)議，和觸摸屏一樣，通過(guò)上位軟件配置，選擇通訊協(xié)議，建立變量和寄存器的映射，再將配置好的程序下載到網(wǎng)關(guān)硬件中。協(xié)議網(wǎng)關(guān)一般是基于ARM做的系統(tǒng)。廠商已經(jīng)集成好了各種協(xié)議，通訊設(shè)置方式也基本和觸摸屏、組態(tài)軟件設(shè)置一樣，一般做工控的技術(shù)人員都熟悉，非常容易上手。協(xié)議網(wǎng)關(guān)一般都有485、232、網(wǎng)口等多種通訊口，基本上支持市場(chǎng)上所有主流的PLC。

協(xié)議網(wǎng)關(guān)建立和PLC通訊后，會(huì)在自己的處理器內(nèi)部將變量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，再發(fā)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給云服務(wù)器，或者接收云服務(wù)器的命令，在自己處理器內(nèi)部還原成PLC協(xié)議。在數(shù)據(jù)處理這塊，功能強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包壓縮，并加密，采用非透明傳輸?shù)哪Ｊ?，減小數(shù)據(jù)傳輸流量，并增加網(wǎng)絡(luò)握手協(xié)議和數(shù)據(jù)重發(fā)機(jī)制，從而保證數(shù)據(jù)的安全和可靠。壓縮打包技術(shù)，能發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，且能加快數(shù)據(jù)發(fā)送，一般能做到發(fā)送周期在1S以內(nèi)。

協(xié)議網(wǎng)關(guān)由于配置簡(jiǎn)單，且功能強(qiáng)大，在對(duì)數(shù)據(jù)要求比較高的項(xiàng)目廣泛采用。本文重點(diǎn)介紹協(xié)議網(wǎng)關(guān)的工作模式。

二、 協(xié)議網(wǎng)關(guān)機(jī)理

第一步：協(xié)議網(wǎng)關(guān)顧名思義就是帶有多種通訊協(xié)議，和工控常用的組態(tài)軟件一樣，和PLC對(duì)接時(shí)，需要選定好對(duì)應(yīng)PLC的通訊協(xié)議，并建立變量和PLC寄存進(jìn)行綁定。因此第一步就是確定PLC的通訊端口，是485,232，還是網(wǎng)口，在選擇對(duì)應(yīng)的PLC通訊協(xié)議。協(xié)議都在已經(jīng)內(nèi)置在網(wǎng)關(guān)，用戶只需要熟悉配置軟件，并選擇好對(duì)應(yīng)的PLC協(xié)議。

第二步，建立變量，和PLC寄存器關(guān)聯(lián)，變量和寄存器建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這個(gè)和組態(tài)、觸摸屏是一樣的。將所有需要監(jiān)控寄存器地址都要建立一個(gè)變量關(guān)聯(lián)。

第三步，變量綁定PLC寄存器后，可以調(diào)用這些變量來(lái)開(kāi)發(fā)協(xié)議網(wǎng)關(guān)的一些附屬功能，比如短信報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)、一些數(shù)據(jù)的計(jì)算處理。因?yàn)閰f(xié)議網(wǎng)關(guān)是一個(gè)獨(dú)立的嵌入式運(yùn)行系統(tǒng)，自身帶很多編程操作功能，可以通過(guò)它配套的軟件來(lái)編寫(xiě)。配套的軟件都是人機(jī)交換的，都是塊的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)公司都已經(jīng)做成了很好的人機(jī)交換界面，使用者只需要熟悉了解配置軟件，不需要有太多的編程功底。這都是DTU不具備的。

第四步，進(jìn)配置好的協(xié)議網(wǎng)關(guān)的設(shè)置程序，下載到網(wǎng)關(guān)內(nèi)部，網(wǎng)關(guān)就會(huì)按照配置程序封閉運(yùn)行，自動(dòng)和網(wǎng)關(guān)對(duì)應(yīng)的云平臺(tái)建立網(wǎng)絡(luò)通訊，能互發(fā)數(shù)據(jù)。且網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器的數(shù)據(jù)通訊都是通過(guò)壓縮和加密的，能有效保證通訊的可靠和安全。硬件網(wǎng)關(guān)相當(dāng)一個(gè)黑盒子，實(shí)現(xiàn)了PLC協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，連接到服務(wù)器后，服務(wù)器在轉(zhuǎn)為其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這個(gè)中間協(xié)議轉(zhuǎn)換使用者都無(wú)需了解，這就大大簡(jiǎn)化了使用的難度和工作量，是硬件開(kāi)發(fā)者和上位機(jī)開(kāi)發(fā)者可以完全脫開(kāi)，各自做各自的工作。

三、 云服務(wù)器平臺(tái)作用

實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控有VPN專網(wǎng)、云服務(wù)器等模式。

VPN相當(dāng)于專網(wǎng)專線，相當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商租一個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)回路，形成一個(gè)類似局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。VPN專網(wǎng)，私密和安全性比較好，但是費(fèi)用成本很高，VPN需要申請(qǐng)固定IP，每年都需要繳納不低的年費(fèi)。

現(xiàn)在采用云服務(wù)器的居多。云服務(wù)器一般都是采用域名識(shí)別的方式，就是硬件終端內(nèi)置服務(wù)器域名，只要連接網(wǎng)絡(luò)，就直接尋址服務(wù)器，并向服務(wù)器發(fā)送連接需求。服務(wù)器收到硬件連接請(qǐng)求后，就打開(kāi)接口，和硬件保持心跳包連接。服務(wù)器是不主動(dòng)尋找硬件連接的。這種方式無(wú)需固定IP，一般協(xié)議網(wǎng)關(guān)的廠家都提供免費(fèi)的云服務(wù)器。使用方除了繳納后期運(yùn)行的流量費(fèi)用外，無(wú)需繳納服務(wù)器的使用費(fèi)用。且云服務(wù)器這種很容易支持私有服務(wù)器，將網(wǎng)關(guān)的云服務(wù)器系統(tǒng)直接裝在客戶的私有服務(wù)器上，并將硬件網(wǎng)關(guān)的尋址域名調(diào)整一下即可。

云服務(wù)器處理功能強(qiáng)大，一般都提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC、HTTPS、MQQT等協(xié)議接口。使用這可以用組態(tài)軟件、JAVA、C++、Phyon等軟件直接調(diào)用云服務(wù)器數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，可以做成遠(yuǎn)程組態(tài)監(jiān)控、手機(jī)APP監(jiān)控、網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控。

四、 遠(yuǎn)程端監(jiān)控系統(tǒng)

PLC數(shù)據(jù)傳到網(wǎng)絡(luò)后，最終是用來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)控的。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，小項(xiàng)目一般就用協(xié)議網(wǎng)關(guān)公司提供的網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控和手機(jī)APP。這種一般都是網(wǎng)關(guān)廠家標(biāo)配，提供配置軟件和相關(guān)技術(shù)支持，配置也很簡(jiǎn)單，基本都是選著和設(shè)置，這個(gè)一般工控技術(shù)人員在廠家支持下都能獨(dú)立完成。但是功能一般比較固定，一般都是一些數(shù)據(jù)顯示，控制窗口設(shè)置，簡(jiǎn)單的歷史數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線，一般都是針對(duì)一個(gè)硬件。中型項(xiàng)目，很多項(xiàng)目配有中控室，用傳統(tǒng)組態(tài)做一個(gè)數(shù)據(jù)中心，組態(tài)通過(guò)OPC協(xié)議，通過(guò)協(xié)議網(wǎng)關(guān)設(shè)備序列號(hào)，和服務(wù)器建立通訊連接，獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)通訊，用傳統(tǒng)組態(tài)的功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，遠(yuǎn)程控制。大型項(xiàng)目，客戶用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)庫(kù)管理，數(shù)據(jù)運(yùn)用分析，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到客戶所需要的目的。這種運(yùn)用最為靈活，客戶完全自己定義數(shù)據(jù)的展示模式，數(shù)據(jù)的運(yùn)用。這種運(yùn)用也可以直接做成網(wǎng)站模式，客戶自我形成云端管理。

審核編輯：湯梓紅