PLC云平台在起重机运维系统的应用

许益峰，虎恩典，李柯强

（北方民族大学 电气信息工程学院，宁夏 银川 750021）

伴随现代化制造业的大力发展，制造业型企业在大型设备组装与企业生产材料的搬运方面，起重机具有不可或缺的地位。现阶段起重机的控制系统逐渐转变为可编程控制器（PLC）控制。电控系统的复杂程度越来越高[1]，起重机在维护方向的精准性、故障查询的快速性是起重机安全运行的重要保证。工业现场使用的起重机通常由传动机构、电气控制系统和金属结构三部分组成，金属结构主要包括主副梁、端梁组成，也是整个铸造起重机的结构和框架，传动部分主要包括大车小车的运行机构以及主起升机构。[2]企业的生产车间为了生产过程具有灵活性的特点，起重机的操作员工通常使用无线遥控器控制起重机的运行。起重机金属结构过于庞大，并且电气控制系统所用的控制元件大部分安装在金属结构上。控制元件为了防止人为的破坏，通常处于比较高的位置。当起重机发生故障时，尤其是在起重机发生某些肉眼见不到的故障时，通常会被现场的操作员忽视，严重情况下会发生危险导致设备损坏甚至造成人员受伤。为了能够随时了解起重机运行时的状态，及早地发现起重机可能出现的故障。研发一套可以远程对工业现场起重机运行参数监控的系统具有十分重要的意义。

如今物联网与工业生产之间的关系越来越密切，通过利用物联网、云平台技术使用网页、移动终端等[1]对现场工业设备的运行状态进行实时的监控。物联网与现场工业设备通讯不受时间和地域限制的技术受到了企业及设备研发者的青睐。

一、起重机远程运维系统的总体设计

如图1所示，该起重机的主钩、副钩及起重机的大小车和变幅机构等通过PLC控制及PLC控制变频器使传动机构的运行电机调速，对起重机传动系统运行的可靠性有所提升。该远程运维项目利用无线通讯模块，现场计算机对需要监控起重机的相关数据开发相关页面组态，通过网线下载到无线通讯模块中，无线通讯模块文本下载好后，无线通讯模块通过Modbus RTU通信协议读取现场起重机在运行过程中PLC控制器所控制的数据，数据经过无线通讯模块处理后通过无线通讯模块自带的天线通过4G网络发射到第三方云服务器，起重机设备维护人员可随时随地的通过可访问第三方云服务器所支持的网页或手机应用读取起重机在运行过程中PLC接收到的实时数据。

图1 远程维护系统总体设计

二、PLC与无线通讯模块的设计

（一）硬件选取

本次研究方向的起重机的远程运维的云平台监测系统采用的可编程控制器选用罗克韦尔自动化公司MicroLogix 小型可编程控制器MicroLogix1200。罗克韦尔自动化公司的MicroLogix1200控制器可以提供更强的计算能力和灵活的I/O扩展能力，可以满足大多数工业现场生产的需求。罗克韦尔自动化公司采用开放式现场总线技术，即工业以太网（EtherNet IP），控制网（ControlNet）和设备网（DeviceNet）。在这个完备的通讯体系中，数据可以双向流通，层与层之间可以交换数据，从而实现数据从底层到高层的全部开放。[3]

该无线通讯模块采用巨控GRM230 无线通讯模块，巨控GRM230 无线通讯模块是一款专用于PLC、仪表和IO 数据采集远程监控的通讯模块。巨控GRM230 无线通讯模块的开发系统使用GRMDev5 软件。此款软件具有操作界面简洁明了，包含各种常用的工业通信协议，并且该开发软件内存小的特点，便于远程运维人员将开发软件及关于工业现场开发好的系统下载到USB闪存盘便于随时携带到工业现场开发。当工业现场设备的云平台画面组态开发完毕，通过网线将GRM230 无线通讯模块与开发人员的PC端连接，将二者置于同一个网段内，将所开发的控制系统组态画面下载到该智能网关模块中。

（二）软件设计

1、通信协议

控制该起重机的可编程控制器（PLC）与无线通讯模块之间采用Modbus通信协议。Modbus通信协议在工业控制中应用十分广泛，已经成为一种通用的工业标准[4]。Modbus 是一种单主/多从的通信协议，Modbus通信协议具有在同一时间，总线上只能有一个主设备，但可以有一个或多个（最多可以达到247个）从设备的特点。通常在进行通信操作时主设备发起Modbus通信，当从设备没有收到来自主设备的请求时，从设备不会主动发送数据。从设备与从设备之间不可以相互通信，主设备同时只能启动一个Modbus 访问事务处理。主设备可以对指定的单个从设备或者线路上所有的从设备发送请求报文，而从设备只能被动接收主设备请求报文后给出响应报文。[5]

在该起重机远程运维监控系统的设计上，选取无线通讯模块作为客户端向MicroLogix1200控制器请求数据。MicroLogix1200控制器作为服务器通过Modbus RTU通信协议对客户端发出的请求作出响应，以此来传输数据。Modbus RTU 通常采用RS-485作为物理层，利用串口实现数据报文的收发，报文数据采用二进制数据进行通信。当选取的可编程控制器支持Modbus TCP 通信协议时也可以选取Modbus TCP 通信协议与该智能网关进行通讯连接。该起重机远程运维系统的通信设计如图2所示。

图2 通信设计

2、MicroLogix1200控制器程序

MicroLogix1200 控制器采用RSLogix500 开发软件，RSLogix500开发软件是适用于SLC500系列控制器和MicroLogix控制器的梯形图逻辑编程软件。[3]本次起重机的远程运维系统将把起重机的电气主控机构、起升机构等传动机构根据运行参数的数据类型创建不同类型的数据文件。起重机的远程运维机构子程序将起重机运行时的各项运行状态和运行参数通过Modbus 通信协议传送到无线通讯模块。RSLogix500 开发软件在应用Modbus 通信协议前需要配置相关的通讯通道。因为在该系统中MicroLogix1200控制器作为服务器的角色，所以通道组态栏中将通道0 驱动设置为Modbus RTU 被控，对起重机运行时需要监控的数据文件进行相关的配置。将起重机运行时反馈给PLC的参数（如布尔量等）建立合适的Modbus数据表文件数。通信组态如图3所示。

图3 通信组态

在远程运维监控子程序中，需要将起重机运行时的起重机传动机构和电气主控机构中所应用的编码器及传感装置中产生的参数反馈回可编程控制器。PLC接收到起重机运行参数后经过整理传送到通道组态创建的Modbus数据表文件中，为了使程序条理，方便后期对远程运维功能的修改，所以在整套起重机的运行系统程序中加入起重机远程运维子程序。该子程序使用COP复制文件指令将起重机运行参数所存放的源文件复制到目标文件。通过使用定时器TON的完成位产生脉冲信号实时更新起重机运行的各项数据。起重机远程运维子程序如图4所示。

图4 远程运维子程序

3、巨控GRM230模块配置

通过GRMDev5 开发软件对起重机运行的参数建立相关变量，建立相关变量时根据变量的数据类型（开关量、浮点数、整数）进行选择。将变量与MicroLogix1200控制器中变量地址一一对应，编译成功后，将开发完毕的文件下载到巨控GRM230 模块中，重新启动该模块读取数据。登录第三方云服务器支持的网页或手机应用，读取数据。远程读取部分数据如图5所示。

图5 部分数据

结束语

该起重机的远程运维监控系统通过GRM230模块与第三方云服务器之间通信良好，在手机应用或第三方云服务器支持的网页中对起重机运行时的数据读取准确，在起重机某些不易被现场操作员工所注意的参数中（比如起重机主钩控制电机的转矩）也能实时得到精准的数据反馈。数据传输实时性良好能够准确反馈起重机当前状态。该起重机远程运维系统的应用为起重机的维护人员在起重机检修过程时提供了理论依据，有利于排除故障。