物联网云平台环境下的手机远程监控系统设计

冯 挺,杜向党,郭玉嘉,惠亚光,马 靖

(1.西北工业大学航海学院，陕西 西安 710072；2.西安国粮机械设备有限公司，陕西 西安 710018)

0 引言

微信已经成为人们日常生活中不可或缺的应用软件，给人们的生活增加了很多便利性。随着工业4.0概念[1]的发展，传统的工业信息化已经慢慢在向物联网云平台[2]信息化转型，物联网云平台使传统工业设备更加智能化、安全化、高效化。将手机微信的便利性与物联网云平台相结合，将会是未来工业物联网发展的主要方向之一。

本文将手机微信客户端和物联网云平台相结合，开发了一套基于物联网云平台的手机远程监控系统[3]。系统将云平台作为数据共享平台，现场可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)通过G781-DTU与云服务器进行数据交互，手机通过微信客户端访问云平台，实现与现场控制系统的数据交互。实际运行效果表明，该系统具有稳定性好、维护成本低、实时性高的优点。

1 物联网云平台

物联网云平台将具有感知、监控能力的各类传感器和控制器，以及移动通信、智能分析等技术融入到工业生产过程各个环节。该平台实现了从传统的工厂信息化到云端远程信息化的跨越，能够更高效地进行设备监控管理，生产资源调度，从而大幅提高生产效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化工业[4]的新阶段。

1.1 物联网云平台总体框架

物联网云平台总体框架如图1所示。该系统由综合识别与感知层、网络传输层、物联服务层和应用层这四个部分组成。综合识别与感知层功能，通过传感器、变频器和PLC实现对设备的数据采集和控制。网络传输层通过WiFi、4G或LoRa实现设备和云平台之间的数据交互。物联服务层为云平台，是应用层和设备之间数据交互和存储的平台。应用层使用手机或计算机访问云平台，最终实现应用层与综合识别感知层的数据交互。

图1 物联网云平台总体框架Fig.1 The overall framework of the Internet of Things cloud platform

1.2 云平台组态数据发布方式

云平台作为数据交换和存储平台，要设计合理的工业组态数据发布方式，才能提高工业物联网云平台的效率和可靠性。

1.2.1 Web网页发布方式

传统的工业组态软件的远程监控功能是通过Web网页发布的方式实现的。先将设备数据发送到Web服务器进行网页发布，再通过特定网址访问Web服务器，以达到设备远程监控和动态显示的目的。这种方式软件开发工作量较大，成本也较高。

1.2.2 基于专业云平台数据发布方式

为了降低开发难度，提高开发效率，出现了具有组态功能的面向物联网云平台——透传云平台。

透传云是零编程快速实现远程监控的物联网云平台，不仅具备存储、计算、开放的优点，而且具有云服务器组态功能，可以有效降低用户开发和维护成本。

本系统选择透传云平台进行组态软件开发，实现了基于云平台的数据共享。

2 手机远程监控系统总体设计

2.1 系统总体框架与组成

手机远程监控系统是由现场设备控制层、数据传输层、物联层和手机远程监控用户层组成。

系统总体框架如图2所示。

图2 系统总体框架Fig.2 System overall framework

2.1.1 现场设备控制层

现场设备控制层包括传感器、机械设备、S7-200 PLC和计算机等。S7-200 PLC的作用是采集各种传感器的数据以及对设备的控制[5]。计算机的作用为：一是作为现场人机交互界面的显示；二是作为OPC服务器，实现PLC与G781-DTU的间接通信。

2.1.2 数据传输层

数据传输层由G781-DTU组成，作为PLC与透传云服务器之间数据交互的桥梁。

2.1.3 物联层

物联层由透传云服务器组成，其作为现场设备与手机微信客户端之间的数据交互平台以及监控数据存储平台。

2.1.4 手机远程监控用户层

手机远程监控用户层由手机微信客户端组成，其作用是实现手机微信客户端与透传云服务器之间的数据交互。

2.2 通信协议设计

系统通信框架如图3所示。

图3 系统通信框架Fig.3 System communication framework

系统通信框架包括底层设备层、驱动层、协议转换层和网络层。

2.2.1 底层设备层

底层设备层是S7-200 PLC与计算机之间的S7通信协议。

2.2.2 驱动层

驱动层包括PC机与S7-200 PLC之间的通信驱动Siemens TCP/IP Ethernet和计算机与G781-DTU之间的通信驱动Modbus slave Serial。

2.2.3 协议转换层

协议转换层是G781-DTU[6]与透传云服务器之间数据传输Modbus RTU协议到Modbus TCP协议[7]的转换。

2.2.4 网络层

网络层是手机微信通过4G网络实现与透传云服务器之间的数据交互。

2.3 软件设计

手机远程监控系统软件由现场控制软件、透传云组态软件和手机客户端软件组成。

2.3.1 现场控制软件

现场控制软件包括PLC控制软件和计算机组态软件。现场控制软件采用Step7-Micro/WIN开发；用Intouch组态软件设计计算机组态画面，显示设备的运行状态以及工艺参数；Kep Server软件作为OPC服务器[8]实现S7-200 PLC与G781-DTU间接的数据交互。

2.3.2 透传云组态软件

透传云组态软件采用透传云管理系统网页开发，使用云组态编辑器，设计手机微信客户端组态画面并显示设备运行状态和工艺参数。

2.3.3 手机客户端软件

手机客户端软件为微信平台，手机微信客户端通过透传云公众号实现与透传云服务器之间的数据交互。

3 透传云系统配置及软件开发

3.1 G781-DTU配置

G781-DTU配置有两个作用：一是通过配置串口实现G781-DTU与计算机通信，二是通过配置注册包实现G781-DTU与透传云服务器通信。

3.2 透传云服务器配置

透传云服务器的配置包括添加数据点和添加设备。

3.2.1 添加数据点

添加数据点的作用是使透传云服务器的变量地址和PLC变量地址相对应。其起始地址按照Mod bus功能码对应的寄存器起始地址填写。Modbus功能码对应的寄存器起始地址如表1所示。

表1 Modbus功能码对应寄存器起始地址Tab.1 Modbus function code corresponding to the register start address

数据点添加如图4所示。

图4 数据点添加示意图Fig.4 Diagram of data point addition

3.2.2 添加设备

添加设备的作用是使透传云服务器和特定的G781-DTU通信。配置设备添加包括设备名称、设置通信密码、通信协议和采样频率。添加设备配置如图5所示。

图5 添加设备配置示意图Fig.5 Diagram of add device configuration

3.3 透传云服务器组态画面设计

透传云服务器提供云组态编辑器。通过组态编辑器设计手机微信客户端组态画面，设计过程简单，变量关联便捷，即只需要选择数据模板和数据点即可。

3.4 手机微信客户端配置

手机微信客户端的配置是为了实现手机微信客户端与透传云服务器之间的数据交互。手机微信客户端适用于所有手机系统如IOS、Android[9]等，其配置过程如下。首先手机微信客户端关注透传云服务器公众号，然后进入公众号，登录用户名和密码，就实现了两者之间的数据交互。

4 系统实现

系统经过硬件开发、软件开发、透传云服务器配置、G781-DTU配置和手机微信客户端的配置后，就实现了在手机微信客户端远程监控设备的功能。

5 结论

本文介绍了一套基于物联网云平台开发的手机远程监控系统。该系统融合了云技术、Internet技术、通信技术、计算机技术和数据存储技术。设备已经投入生产，运行效果良好。运行验证了该系统不仅具有可靠性高、实时性强和成本低廉的特点，而且具有随时随地通过手机微信客户端监控设备运行状态的优势。物联网云平台与手机微信的结合也将是未来物联网发展的必然趋势。