基于DNS技术的顶管机远程控制系统设计与实现

王彩凤 黄岑宇

顶管施工技术的优点是传统的开挖施工所取代不了的，因此越来越受到人们重视，而顶管施工技术中所使用的顶管掘进机是一种用于非开挖技术中铺设新管线的重要施工机械，越来越受到大众亲睐。顶管法是非开挖管道施工技术领域中最有实用价值、最先进的方法，因此，顶管机被广泛应用于隧道挖掘和管道铺设工程中。由于我国各地区地质和水文的差异，顶管机的市场越来越大，传统的顶管机已经难以满足市场需求。目前，计算机、自动化和通信等技术在社会生产中发挥着极其重要的作用，这三者的结合将使信息科学技术的发展迈上一个新台阶[1]，而本文所研究的顶管机远程控制系统正是将这三者有机结合，并将设计结果付诸于实践。

1 总体方案设计

在实际的顶管施工中，PLC是顶管机的控制核心，因此，控制着顶管机的PLC分布于世界各地，域名系统的支持使每一台能够连接到Internet的计算机都能实现对远程各个PLC工作状态的访问和数据的修改，域名系统技术已经成为PLC远程控制的关键技术。目前，网络接入模式以ADSL接入为主，但其中存在一个最关键的问题是远程计算机通过ADSL联网，每次的IP地址是不同的，这就必然要解决设备如何获知远程计算机IP地址的问题，解决方案就本文以上所提到的动态域名系统[2]。

当远程上位机（PC）利用该技术与现场主站PLC成功连接时，即可方便地对PLC中的程序进行编写或修改，以达到控制要求。上位机与下位机通信的具体实现过程如图1所示。

图1很好地描述了上位机（远程计算机）与下位机（远程主站PLC）之间的通信方式，利用串口服务器实现RS232/RS485和TCP/IP之间进行透明数据转发，方便使串口设备连接到以太网和Internet，实现串口设备的网络化，从而简单方便地实现PLC远程监控以及数据传输。下位机有主站PLC和从站PLC，具体通信方式以RS485通信为主，具体通信方式如图2所示。

图1 上位机与下位机通信示意图

图2 主站PLC与从站PLC的通信示意图

2 基于三菱PLC的顶管机远程控制系统硬件设计

该控制系统中的顶管机采用电机驱动的形式，所有电机均由三菱FX系列PLC进行自动控制。系统中的硬件主要由四部分组成：刀盘动力系统、纠偏液压系统、进水排泥系统、照明系统。

为实现平滑启动，将ABB重载启动器[3]应用于该系统中，不仅启动安全、可靠，而且能够保证在长距离顶进、电网不稳定而电压较低或供电回路产生较大压降时，使顶管机的启动不会产生任何困难。控制刀盘电机主电路图如图3所示。

3 顶管机远程自动控制系统上下位机通信设计

3.1 上位机与下位机通信设计

原始的三菱FX系列PLC连接到计算机串口后，打开三菱的GX Developer软件即可下载程序、调试、读取程序、监控等。本文中所设计的PLC远程控制方案，将这种基于串口的PLC监控应用扩展为网络监控。

这种网络监控方案主要是通过串口服务器模块实现的[4]，该模块能够使串口设备立即联网。串口服务器可支持虚拟串口协议，从而无需改变原有的PC软件，提供串口和以太网口之间的透明数据转化功能，支持DHCP和DNS。下位机的PLC端连接示意图如图4所示。

图3 刀盘电机控制主电路

图4 FX系列PLC端连接示意图

这种监控不仅可以在本地局域网内实现，而且可以跨Internet监控。使用该方案后，用户在远程计算机上打开GX Developer软件，同样可以像本地监控一样来监控远端的PLC，无需修改PLC的软件、硬件。用户可以在上位机上轻松创建多个虚拟串口（利用串口设备管理软件），需要监控时，将虚拟串口和串口服务器绑定，之后PLC软件打开虚拟串口即可实现远程监控。

3.2 控制系统软件设计

该控制系统软件包含两部分，一部分是串口设备管理软件，上文中已经提到需要在上位机安装串口设备管理软件，从而创建虚拟串口；另一部分是主站和从站之间的通信程序软件设计。

主从站PLC之间的通信方式采用N:N链接通信技术，该通信技术中所使用的硬件模块为FX2N-485BD，FX2N-485BD模块是用于RS-485通信的特殊功能板，可直接连接在FX2N系列PLC的通信端口上。N:N的链接通信示意图如图5所示。

图5 N:N链接通信示意图

主从站PLC主程序中的通信程序部分，主要目的是将公共数据区的发送区数据发送到通信接口上，并把通信接口上接收到的数据放入公共数据区的接收区中。用户应用程序中，只需编写将要发送的数据送入公共数据的发送区，同时，从公共数据的接收区读取接收数据的程序，即可轻松实现PLC之间的相互信息的传递过程，从而完成整个系统的数据通信。利用GX Developer软件编写油泵模块梯形图如图6所示，其他部分和油泵模块类似。

图6 油泵部分梯形图

4 结语

本课题结合顶管机的市场需求以及施工现场的具体情况，对顶管机的远程自动控制系统进行了设计，并通过现场施工对该控制系统进行验证，验证结果表明该控制系统稳定、可靠，能较好地实现对顶管机的远程自动控制，该系统的实现避免了用户需要到现场对程序进行诊断的麻烦，提高了顶管工作效率，从一定程度上节省了人力、物力、财力。

[1]栾荣华，崔守娟.基于PLC和MCGS的船舶侧推监控系统设计[J].中国高新技术企业，2015，（36）：9-11.

[2]佚名.串口服务器——设备远程控制——三菱PLC远程控制方案[EB/OL].（2009-09-07）[2018-01-06].http://ishare.iask.sina.com.cn/f/35DUCxdOVCc.html.

[3]刘瑜.电机软启动器的研究[J].科技资讯，2011，（9）：9-11.

[4]杨文忠，章兢.基于串口服务器的指纹网络考勤系统[J].微计算机信息，2006，（26）：7-8.