基于STM32的网络远程控制系统及应用

郝成勐，赵树民，韩 雪，陈久升，陈 新

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东 济南271100）

1 前 言

泰钢物资计量系统通过远程音、视频及现代网络传输技术，实现了对各厂区计量站点往来物资的远程称重计量管控。通过远程物资计量监控中心统一管理，现场无人值守的方式，降低了企业生产成本，提高了人员的劳动生产效率。但受地域、环境等限制，现场各计量站点分布广而散，无人值守的运行方式在提高计量效率的同时，也给系统设备的运维带来了新的挑战，因此有必要通过技术手段实现对设备运行状态的监视，必要时还需对部分设备进行远程开关、重启等操作。若采用PLC控制系统，考虑到成本与需求的匹配关系，容易造成资源浪费，特别是在轻量级远程监控的场景下，更为突出。本文介绍了一种更具实用性的低成本的网络远程控制系统，并以泰钢物资计量系统的应用为例，提供了一套计量站内信息设备电源远程实时监控解决方案。

2 网络远程控制系统介绍

2.1 工作原理

该网络远程控制系统主要由服务器和远程客户端组成，并通过局域网进行通信。客户端负责向服务器下发逻辑动作命令，服务器接收后解析并执行该指令，驱动继电器控制输出电路通断，指令执行后，向客户端反馈指令完成信息；同时服务器能实时采集信号输入状态，并及时上传。这样就可以通过客户端在局域网远端实现对被控对象的开关量状态监视和控制。

2.2 系统结构

该控制系统主要由控制器、信号输入电路、输出电路、客户端、电源适配器组成，如图1所示。控制器作为服务器端，采用集成电路制作，集成了MCU控制器、网络通信模组、电磁继电器、板载电源电路、时钟电路、复位电路、程序写入接口等，采用当下成熟的技术和模组产品，整体成本大为降低。

该控制器采用由电源适配器输出的DC 9～24 V 电源作为输入电源，并经板载电源管理电路一系列的降压、滤波、稳压等处理后为系统各部分提供纯净稳定的电能，保证了系统具有良好的抗干扰性能。

系统主控单元采用STM32（意法半导体32 位系列微控制器芯片）系列微控制器，它是ST 公司基于要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3 内核的32 位单片机，是整个系统的控制核心，具有较高的稳定性和良好的性价比。

系统输入采集与输出控制部分均采用光耦芯片对输入输出信号进行隔离，使I/O 电路具有更高的抗干扰性能。信号输入端子支持干接点的接线方式，继电器使用板载式电磁继电器，最大负载电压可达AC 250 V、DC 30 V，最大负载电流可达10 A，可直接接入低功率信息设备的电源回路，也可通过扩展继电器实现更高负载的开关控制。

网络通讯模组集成W5500 芯片和带网络变压器的RJ-45，负责客户端与STM32芯片之间的协议转换，支持局域网唤醒和省电模式，可进一步降低功耗。控制器采用RJ45 接口通过网线接入局域网，经过交换机、路由器、光纤等设备传输后，与远程客户端设备管控平台建立连接。系统结构框架如图1所示。

3 应用实例

目前，在泰钢物资计量系统及各网络中，存在大量的无人值守站点，其内的各终端、计算机、设备等由于各种原因，在运行中经常出现死机、蓝屏故障，每次故障发生时需人工第一时间到达现场进行处理。由于人员往返以及故障判断耗费大量时间，信息设备的故障处理在时效性上存在严重滞后。针对这一现状，采用远程控制技术，对该问题加以攻克。

图1 系统结构框架

3.1 参数配置

将PC 机与控制器通过网线连接起来，给控制器上电后修改PC 机IP 地址，使其与控制器初始IP地址同网段。然后打开参数配置软件，手动搜索设备，找到后输入为控制器分配的IP地址、子网掩码，最后配置网络参数。另外，还可以为控制器配置延时、联动等参数，以实现更丰富的功能。

3.2 接线安装

采用硬接线的方式，将控制器输出端的一组常开触点串接入火线中，电源侧接公共端子，负载侧接常开端子，从而达到控火的目的。将AC 220 V的中间继电器线圈与负载端电源并联，取一组常开触点接入控制器输入端子，以反馈电源实际通断情况。接好网线，插入适配器电源接头后将控制器和中间继电器固定在计量柜内导轨上。

3.3 远程操作调试

在PC 上位机上安装远程控制软件，在操作界面输入工作模式及IP地址后，即可与远程控制器建立连接。启动自动扫描可以实时显示输入、输出信号状态，通过点击继电器输出控制组下相应的图标即可接通、断开电源。同时图标的亮灭可反应逻辑指令的执行情况，开关量输入状态组下相应的图标亮灭反应电源实际接通断开情况。

4 应用效果分析

据统计，针对无人值守状态下主机蓝屏死机或设备卡机假死现象，仅焦化北磅一处计量点主机每月可达8次被动启停，而每次故障处理时间约耗时1.5 h，严重制约了计量效率。在实物安装并投入运行后，经过长时间的观察及检验，该远程控制方式能可靠地控制电源通断，从故障出现至恢复运行只需要几分钟，极大提高了运维效率，保障了计量工作持续顺行。

该远程控制系统还具有体积小、价格低廉、功耗低、安装维护简易的特点，相比正规PLC 控制系统，可降低企业采购及运营维护成本，因此具有良好的经济效益。该控制方式在现有的局域网基础上即可实现，不必另外部署通讯网络，节约了成本。在同一局域网下，若每个计量站点配备1台远程控制器，则可实现对全站范围内指定信息设备的开关量控制，扩展了无人值守的应用范围。

通过远程控制技术的应用，不仅可以在局域网环境下实现对终端设备的平台化精准集中控制，做到可控可视，还可以应用到其他采用开关量控制的场景中，在当前企业转型升级、物联网技术高速发展大背景下极具实用价值。