基于WEB浏览器的人机交互和监控的实现

杨少华

（云南昆船设计研究院 云南 昆明 650236）

随着互联网技术的发展，基于IEEE 802.3标准的工业以太网和TCP/IP协议以其通信速率高、抗干扰能力强、组网灵活、施工便捷以及管控一体化等诸多优势逐步成为最有发展前景的工业控制网络[1]。

在工业以太网的基础上，各自动化厂商结合自身的产品特点和对分布式网络的理解在原有IEC61158标准第4版的基础上逐步推出适用于恶劣工业现场并具有实时数据能力的新一代分布式总线系统[2]，如SIEMENS公司的PROFINET和ROCKWELL公司的EtherNet/IP等。

这种网络构架为调试工程师借助Internet或者Intranet，从个人计算机（PC）上以网页方式访问PLC数据并对设备的控制过程进行监视和分析提供了条件，SIMATIC Step7 V5.5还为此提供了专门的S7-Web2PLC接口。

在S7-Web2PLC下，可以很便捷地搭建监控网页，从而可以省略一些不需要经常设置参数的简单设备（如风力喂丝机、料斗秤等）的HMI，起到节约成本的作用；一些仅用于调试和维护的画面还可以从HMI移植到调试PC上，保证设备关键参数的安全。此外，网页方式还可以更加便利地实现设备基于Internet的远程诊断，并为用户后期修改监控变量、扩充交互数据提供了便捷的渠道和接口。

文中以单旋鼓风力喂丝机为例，以Simatic PLC 317-2 PN/DP为对象，探讨基于WEB浏览器人机界面的构建过程，为PLC系统提供一种新的人际交互和监控的方式。

1 变量的形成及访问过程

图1 单旋鼓风力喂丝机Fig.1 Structure diagram of the single drum pneumatic cut-tobacco feeding machine

如图1所示，风力喂丝机设有高低料位两个光电开关，未检测到低料位时，布料皮带机高速喂料；物料到低料位后，布料皮带机低速喂料；高料位有料时，布料皮带机停止喂料，3种喂料方式确保物料始终在低料位附近。负压开关检测后续卷接机组的要料信号，并触发旋鼓以一定的频率运行。旋鼓运行的频率值与负压开关闭合的个数相关，以保证对卷接机组保持恒定的供料。门限位为安全信号，门打开时停机。

为在网页中显示上述变量，需要PLC和网页有一致的变量名，变量的定义如表1所示[3]。

表1 变量的定义Tab.1 Variable definition

变量通过PC中的WEB浏览器（如IE、火狐等）访问PLC的WEB服务器，并通过WEB服务器读写与SFC99相关联的数据块，最终通过OB1对SFC99的循环调用完成PLC对变量的引用和赋值，相关流程如图2所示。

图2 数据的访问过程Fig.2 Data access

2 配置过程

从图2中可知，要以WEB方式访问PLC的数据，不仅需要配置PLC的WEB服务器，还需要有一定格式和规则的HTML文件作为桥梁来连接PLC和PC。整个配置过程如下。

2.1 图片的准备

在Windows的绘图板中将图1存为machine.PNG，并为各检测器件准备不同色块的图片文件，以表示器件的不同状态。如Door1.png为绿色10×14像素的图片文件，表示门限位关闭；Door0.png为红色10×14像素的图片文件，表示门限位打开等。

2.2 生成HTML文件

在FrontPage2003中新建静态网页，将machine.PNG插入到“设计”窗口，并拖放到合适的位置[3]。

为表1中“从网页输出到PLC”的各变量分配文本框和按钮，文本框的名称与表1中的变量名一致，按钮采用POST方式。其它仅用于显示的变量采用列表方式，分别列出相关功能和变量名称。

在FrontPage中完成网页后，存盘为Example.htm，再用NotePad打开该文件，在head部分加入PLCWEB服务器可识别的语句，如文件类别、网页名称、语言、字符类型、刷新频率、参考样式等[4]，并用AWP命令声明PLC的各输入变量。

HTML的文件类型和头文件语句如下：

＜!DOCTYPE HTML PUBLIC “－//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN”＞

＜html＞

＜head＞

＜title＞Userdefined Website － Application Example＜/title＞

＜meta http－equiv=“Content－Language” content=“en” ＞

＜meta http －equiv=“Content－Type” content=“text/html；charset=utf－8” ＞

＜/head＞

＜body＞

＜html＞

AWP的语法格式为：

＜! －－ AWP_In_Variable Name=‘“变量名”’ －－＞。

检测点用不同的色块来表示不同的开关状态。在HTML文件中，将需要显示的图像与变量关联，再组合出不同的状态。以门限位检测为例，语句如下：

＜img src=“Door:= ”Door_Detc “:.png” name=“Door” “Door_Detc=0”id=“Door_Detc” alt=“Door”＞

当门限位关闭，“Door_Detc”为 1时，“Door”+ “1”+ “.png”=Door1.png，网页显示含有绿色块的图片文件Door1.png；相应地，当门限位打开时，显示含有红色块的图片文件Door0.png。

2.3 搭建S7-Web2PLC项目

在STEP7中搭建项目后，在硬件配置中完成硬件的组态和PN口IP地址的分配，并在PLC的“属性”中展开WEB标签，激活PLC的WEB服务器及语言选项，设置WEB服务器的用户名、密码和权限，最后完成编译并保存。

在Symbol中打开项目符号表，按照表1为变量分配符号名。

启动S7－Web2PLC，生成新的WEB项目，将符号表输出给S7－Web2PLC，为WEB服务器指定起始网页和枚举类型，最后完成从网页文件生成DB的操作。生成的DB包含HTML文件以及HTML运行时需要调用的文本和图片信息。

2.4 编制S7程序

在S7程序[5]的OB1中调用SFC99（模块名称为“WWW”），以此初始化PLC的WEB服务器，同时完成其它控制程序和输入输出变量的赋值。

3 监控的实现

搭建如图2所示的硬件结构。带WEB浏览器的PC经以太网线直接连接到PLC模块的PN口上。

图3 PLC到PC的以太网连接Fig.3 Connection of Ethernet between PLCand PC

在PC上为PG/PC接口指定WEB通讯用的以太网卡，在STEP7中将编制完整的项目下载到PLC中，在IE浏览器中以http协议打开PLC的IP地址，在出现的网页上输入原先设定的用户名和口令，点击Customer pages切换到用户自定义网页，即进入监控网页[6]。

改变设备负压开关的状态，旋鼓电机的频率根据控制程序发生相应变化，这种变化从STEP7的在线变量监控窗口可以监控到如图4所示，并与监控网页[7]上显示的状态一致如图5所示。

图4 STEP7在线变量Fig.4 Online variable of simatic STEP7

图5 风力喂丝机在线监控网页Fig.5 Online monitoring WEB of the single drum pneumatic cuttobacco feeding machine

4 要 点

要实现在WEB浏览器中监控PLC的变量，有如下要点：

1）PLC的CPU模块除要求带PROFINET接口外，其固件版本也有一定的要求：S7－300的固件版本需在V3.2及以上，S7－400的固件版本需在V6.0及以上。

2）要激活PLC的WEB服务器的语言选项，需在STEP7 Manager里Options菜单下的Language for display devices里的语言选项进行预定义，否则无法选择WEB语言。

3）HTML是静态页面的，无法对PLC中变量的实时变化产生响应，为此，可以在IE中按下F5进行人工刷新，也可以在HTML文件的body（文件主体）部分指定网页按时自动刷新，如10秒刷新一次，则描述为：

＜metahttp-equiv=“refresh”content=“10；URL=Example.htm”＞

5 结 论

文中以Simatic PLC为对象，提供了以WEB浏览器为交互界面进行变量监控的方法和步骤，并以烟草制丝线上常见设备单旋鼓风力喂丝机为例，详细阐述了整个构建过程。

使用网页作为监控终端实现人机交互，在一定程度上可以减少现场操作站的配置数量，从而简化系统结构，还可以减少设计开发人员在工控机和各种监控组态软件上进行二次开发上的投入，同时还给用户提供了后期使用和维护过程中增加或修改监控变量的友好接口和便捷扩充的途径。

文中介绍的方法，不仅可以用于简单设备如烟草制丝线上的装包秤、捆扎机等，也可以用于复杂设备以多级网页或多页网页的方式监控，还可以通过Internet路由接入PLC，实现对控制设备的远程诊断和远程分析，为用户提供及时的服务。

[1]廖常初.西门子工业通讯网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]杨卫华.工业控制网络技术 [M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]张军安，王璞.新编中文FrontPage2003基础教程[M].西安：西北工业大学出版社，2006.

[4]谭浩强.网页设计技术[M].2版.北京：中国铁道出版社，2009.

[5]廖常初.S7－300/400 PLC应用技术[M].二版.北京：机械工业出版社，2008.

[6]Siemens AG.Visualization with User-defined Web Pages[EB/OL].[2010 －11 －31]http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/44212999

[7]姚亦娟.基于小电流检测的PLC学校电网管理控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2011（2）：56－58.YAO Yi-juan.Design of power grid management control system of university based on PLCof low current detection[J].Industrial Instrumentation&Automation，2011（2）：56－58.