基于PLC的远程监控系统设计研究

王征锋

（中国检验认证集团浙江有限公司，浙江 杭州 310003）

基于PLC的远程监控系统设计研究

王征锋

（中国检验认证集团浙江有限公司，浙江 杭州 310003）

通过PLC技术可实现远程监控系统的数据采集与实时控制。对此，本文分别从软件设计和硬件构成两个方面阐述了PLC监控的整体框架，分析了该远程监控装置在污水泵站中的应用现状，并提出了该系统在实际生产过程中应注意的事项。

远程监控；PLC；设计；水泵站

随着人工成本的不断提高，传统的监控方式已经很难满足现代工业的生产需要，因此基于PLC技术的远程监控系统在各领域的生产过程中得到广泛应用。远程监控指的是技术人员通过安装在异地的微机来实现对现场设备的监视和操作，该系统能对现场设备的状态信号、运行数据和故障类型进行实时有效地监测，并且可以及时预告或直接排除设备故障。该技术不仅有效减少了维修人员的数量，同时可使用户在远程实现相关设备的维护工作，在极大程度上节约了企业的人力和财力。

1. PLC监控的整体框架

依托于PLC技术，该监控系统可以实现将距离控制中心几百甚至上千公里的下位机采集到的相关数据实时传送给上位机中的控制中心，而市面上一般的计算机串行通信口难以实现该过程。目前，该系统常见的传输方式有采用卫星和微波等无线传播方式以及拟载波传输，从经济和性能的角度上考虑，大部分企业选用模拟载波的传输方式。这种传播方式需要通信的双方各接入一个调制调节器，其能够将PLC传输过来的数字信号调制成模拟信号，然后通过电话线传输。在接收端，这些模拟信号再次被还原成原来的数字信号。

1.1硬件设施

该远程监控系统以PLC为基础，并通过有线网络的方式来完成远程监控。系统中的PLC可以将在线数据和状态信号快速无误地传输到上位微机控制中心，而上位机可将根据收集到的数据，通过电话线给下位机发送控制指令。

该远程监控系统针对的是EMENSS7-200MicroPLC系列中的7-200PLC芯片，并提供RS-485通信接口。当S7-200的工作模式为自由端口通信时，用户根据实际需求定义通信协议。这样不仅使通信的范围得以扩大，而且可以更加灵活、方便地控制系统设备，还能及时地进行维修。

下位机端使用RS-485通信端口和RS-232通信端口，并通过DIP开关设定通信时所需数据的位数值。通过这种方式将S7-200PLC连接到电话网上，上位机再通过RS232通信电缆连接的监控微机和RS-232通信端口，将监控微机接入系统网络中，可以实现监控微机和S7-200PLC的数据通信。PC/PPI电缆的模式随着数据传送方向的改变而发生变化。比如，数据从RS-232接口传输到RS-485接口时，PC/PPI电缆的模式为发送模式；反之，则为接收模式。系统硬件设计如图1所示。

1.2软件设计

远程监控软件的主要作用是实时监控PLC的输入输出信号，其不仅能接收和监控各种信号，而且还会向PLC发出指令，控制其的输入输出。

基于Windows平台，结合VC++6.0编程开发的远程监控软件可分为以下4个部分：（1）可交互的用户操作界面；（2）通信接口程序；（3）数据处理程序；（4）操作程序。其中，通信接口程序的作用是构建通信链路，同时控制数据的传递。数据处理程序会对接收到的数据进行综合分析和处理，再根据数据的处理结果向PLC发出相关的控制指令。数据库运行程序则主要用于用户自定义地对数据库进行修改，并能自动更新数据库、提取部分数据。此外，系统还具有统计数据，能够完成输出和打印报表等工作。通信接口程序主要包含初始化串行口、MO-DEM、数据打包及发送、数据检验及拆包等步骤。因此，接口程序通常采用多线程技术，该程序在运行后会创建一个主线程，以此实现串口的初始化。在这个过程中，程序会进行一系列操作，比如打开串口、配置串口、初始化MODEM、创建同步对象等。接下来，程序会设置通信路程，由该通信路程实现对通信事件的监控和响应，一旦接收到新数据，它就会向主线程发送自定义消息。同样，当发送缓冲区空时，程序也会向主线程序发送相应的自定义消息。当数据通信完成后，主线程序会将通信线程清空。

2. 基于PLC的远程监控系统应用分析

鉴于PLC在工业控制系统上起的重要作用，PLC也被广泛应用于污水泵站等相关行业的现场数据采集和实时控制中。

该系统利用PLC来实现远程控制终端，上位机的主体是工控PC机，且该系统基于串行异步的通信协议，使用一一对应的远程无线监控网络。下位机和安装于现场的阀门站，则依靠主机发出的指令以及自身的控制程序进行工作。主体工控PC机必须安装在污水泵的控制中心，并且和各个阀门站的PLC从体机保持紧密联系。通过这种方式，主体和从体构成一个完整的远程数据采集和监控系统。

在构建污水泵站远程监控系统时，还要思考A/D转换。由于该模块要与PLC配套，所以要选择具有独立分差输入的4个通道模块设计型号（FX2N-4AD）。在该系统的设计中，还要在各个阀门的正确位置或者管线处装上流量和温度的传感器，用于监测管理污水管线的实时排放状态。

该系统采用SMC多回转型阀门的电动装置，该电动装置可以同时对多台机器进行控制，而且能够实现远程控制。同时，该装置能够将自身的状态转换成相应的信号发送给PLC，这样就可以远程监控其实时状态。污水泵站则需要现场和远程监控相结合，因此一般采用12路输入信号端口和8路输出信号端口。系统主体对各从体的监控均采用现场控制与远程控制相结合的方式。以远程控制方式为例，该系统中的传感器感应到信号后，会通过屏蔽电缆将测得的数据信号传送出去，信号到达A/D转换器模块的输入端会转换成相应的信号，最后送入寄存器保存，以便PLC进行实时读取。

随着科技的发展，远程监控系统的应用范围不仅仅停留在理论层面，污水泵站的应用只是其应用的一个折射。基于PLC的远程监控系统还可广泛应用于其他工业部门，并且随着技术的不断进步，该系统会得到越来越广泛地使用。

3. 应用过程中的注意事项

3.1工作环境中的注意问题

（1）工作环境的温度对该系统的运行非常重要。由于PLC模块的正常工作范围要保持在0～55℃之间，因此我们要注意控制系统周围的环境温度。

（2）工作环境的湿度也要得到严格地控制。由于该系统具有较多的金属设备，如果不能保持空气的干燥，金属表面会产生露珠，使设备的绝缘性受到干扰，容易使系统发生故障。

（3）该设备还要注意减震问题。解决运行过程中的减震问题，对设备的正常运行十分重要，因此在施工现场一定要使设备远离震动源。

（4）空气质量也要得到充分地保障。即空气中的灰尘和污染性气体的量要严格控制，避免电气元件发生短路。

（5）电源要有足够高的安全性。在使用过程中，电源应严格遵守PLC的使用规则，且在施工中进行规范化操作。

3.2系统中的防干扰

系统在运行过程中会存在很多干扰，如强电干扰、柜内干扰等。以强电干扰为例，空间环境恶劣会对电网造成极大地干扰和影响，使电网中线路的电压发生变化。这会造成系统工作时出现误差，有时还会对设备造成一定的损害。此外，柜内的干扰也会对该设备造成很大的影响，机柜内部错综复杂的线路会产生强弱不定的电磁干扰，进而给电气设备的整体运行带来影响。当接地方式发生错误时，会对信号造成较大程度地影响，严重时会造成PLC无法正常工作。因此，从线路布置、机柜布置等方面做好系统的防干扰措施，对监控系统整体的稳定运行提供技术保障。

结语

基于PLC的远程监控系统实现了异地监测和控制中心的数据交换，能异地读取自动化设备的实时工作信息，并且能向PLC传送控制系统传送令。该系统在污水泵站中的使用取得了很好的效果，但在具体操作过程中，存在很多要求，需要严格控制，而且还存在一些干扰问题未能得到很好地解决。随着自动化技术的快速发展，远程监控系统将会得到越来越广泛的应用。

［1］赵越.基于PLC的污水泵站远程监控系统研究［D］.黑龙江八一农垦大学，2011.

［2］王贵成，宋琳，徐心和.一种基于PLC的远程监控系统的设计［J］.微计算机信息，2015（9）：116-117.

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