基于4G/5G＋PLC的远程门禁控制系统研究与运用

[摘 要]基于4G/5G数字通信网络和PLC技术，通过云端技术、DTU技术和SCADA软件实现有效远程控制，控制对象几乎可涵盖所有自动化执行对象。这样的控制方式，利用了既有的设备及基础的互联网，达到了对门禁设备远程监视控制的目标。

[关键词]4G/5G+PLC；远程门禁；控制系统

[中图分类号]TP311.56 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0009–04

Research and Application of Remote Access Control System Based on 4G/5G+PLC

WANG Yushan，WANG Xin，CUI Shuang，LI Jinman

[Abstract]Through the global Internet + 4G/5G digital communication network， the technology between industrial automation PLCs is correlated， and effective remote control is carried out through cloud technology， DTU technology and SCADA software. Control objects can cover almost all automation execution objects. This control mode makes use of the existing equipment and the basic Internet to achieve the goal of remote monitoring and control of the access door.

[Keywords]4G/5G+PLC； remote access control； control system

1 远程门禁控制系统方案

工业互联网作为信息技术与工业经济融合的产物，不仅有效地将人、机、物、系统联系起来，而且通过高度的数据集成和智能化分析，极大地提高了生产效率和灵活性。其利用先进的传感器、大数据、云计算和人工智能技术，实现了设备与设备、设备与人以及系统与系统之间的实时通信和协同工作。在工业互联网的推动下，制造业正在经历一场深刻的变革。传统的生产线演变为智能生产线，能够自动调整生产参数以适应不断变化的需求和环境条件。本系统方案也是基于工业互联网的应用。

系统方案如图1所示，远程电脑上鼠标操作信号通过4G/5G通讯发送至云端服务器，云端服务器再将这些信号通过工业互联网的4G/5G数据传输送至被控制设备连接的4G DTU上，DTU和PLC之间通过通讯电缆连接，将接收到的数字形式的操作命令解析为PLC的输出信号，经过接触器后再控制执行电机完成启停、旋转等动作，实现对门禁的操作。

2 门禁系统终端设计及选型

门禁系统操作终端包括三菱的可编程控制器FX3U-32MT，FX3U-485-ADP通讯卡，采用FBox的繁易无线通讯终端DTU，及移动的4G/5G物联卡。方案涉及的DTU、三菱PLC、执行接触器如图2所示。

2.1 DTU

数据传输单元（Data Transfer Unit，简称DTU）是网络通信中的一个基本概念。其指在网络中传输数据时，一次能够传输的数据量的大小。这个大小通常由网络的硬件和软件共同决定。

DTU最基本的用法为在网络通信中作为数据传输的基本单位。例如，当在网上浏览网页时，浏览器会向服务器发送请求，请求获取网页的HTML代码。这个请求即通过DTU传输。服务器接收到请求后，会将HTML代码分割成多个DTU，然后逐个发送给浏览器。浏览器接收到这些DTU后，会将其重新组合成完整的HTML代码，然后显示出网页的内容，如图3所示。DTU数据连接涉及了无线网络运营商，因特网宽带供应商，用户公司的网络情况，以及用户的电脑配置等环节，因此要建立该连接需要将各部分都配置好。

本质上，DTU（数据传输单元）和数据处理中心建立的是SOCKET连接。这种连接是一种基于网络的通信方式，其允许两个设备之间进行数据的传输和接收。

SOCKET连接通常包括两部分，即客户端和服务器端。在这种情况下，DTU通常作为客户端，而数据处理中心则作为服务器端。DTU通过无线或有线的方式连接到网络，然后通过SOCKET连接将数据发送至数据处理中心。

数据处理中心接收到数据后，会对数据进行处理和分析。这可能包括数据的解码、格式转换、存储、分析等步骤。处理后的数据可用于各种应用，如远程监控、数据分析、决策支持等。

SOCKET连接的优点在于其稳定性和可靠性。一旦建立了连接，就可保证数据的连续传输，即使在网络环境不稳定的情况下也能保持连接。此外，SOCKET连接还支持双向通信，即不仅可从DTU向数据处理中心发送数据，也可以从数据处理中心向DTU发送数据。然而，SOCKET连接也有其局限性：①建立和维持SOCKET连接需要消耗一定的网络资源；②如果数据量过大，可能会对网络带宽产生压力；③SOCKET连接需要采取适当的安全措施来保护数据的安全。

2.2 三菱可编程控制器FX3U-32MT

三菱可编程控制器FX3U-32MT主要组成部分为CPU运算和控制中心、存储器、输入/输出接口等。

CPU运算和控制中心在该PLC中起到“心脏”作用。用户编写的程序被输入并存储在PLC的用户程序存储器中。随后，CPU利用系统功能（即系统程序存储器内的解释编译程序）将该程序转换为PLC可识别的编译代码。

存储器是用于存储的半导体电路，分为系统程序和用户两种。系统程序存储包含管理、监控及编译用户程序的系统程序，由只读存储器构成，厂家设置，内容固定且不受断电影响。

输入/输出接口主要是全中文编程界面，采用梯形图方式，通信方便。采用标准的MC协议和FBox通信。同时支持ST文本编程和SFC编程，便于本项目的开发。

2.3 FBox

FBox产品作为繁易工业物联网平台的关键组件，其被设计用来在各种工业环境中实现高效的数据采集和通讯。通过将FBox安装在生产线上或与机械设备相连，企业能够实时监控设备状态、生产进度以及环境参数等关键指标。过与繁易工业物联网平台的整合，FBox不仅可收集数据，还可利用平台的数据分析和可视化工具，为用户提供深入洞察和智能报告，帮助优化运营效率和预测维护需求。可直接利用繁易远程管理平台实现远程配置、诊断和管理等功能。FBox产品如图4所示。

FBox产品功能丰富，支持350+工业协议接入，支持绝大部分工业设备连接；本地完成数据解析，将数据推送至云端服务器；支持边缘计算，可在本地进行数据运算；支持繁易远程管理工具，支持远程配置、诊断。

2.3.1 FBox服务器设置

笔记本电脑连接互联网，打开FBox的服务器软件进行设置，设置通讯参数，选择接线的COM1口，设置通讯设备为MODBUS RTU，选择通讯类型RS485-2，设置通讯协议波特率9 600，数据为8，停止位1，校验位无校验。FBox服务器设置如图5所示。

2.3.2 FBox数据监视

建立数据监控，可通过互联网监视三菱控制器采集到的数据，如图6所示。

2.3.3 FBox远程控制

PLC程序将地址D1的前8个位赋予输出的Y0到Y7，通过下发指令，改变地址1的第一个位，由0变为1，PLC对应输出点Y0动作，达到远程控制接触器，从而实现启停电机或其他执行设备的目的。控制对象能够通过接触器进行控制，不仅可控制门禁系统，也可控制语音、消防、广播等各个控制对方。而且通过其他的通信方式，例如，ModbusRTU或TCP等，还可传输数据量，如温度、湿度、压力、水位等非电量，起到完全监测的目的。相关控制方式如图7所示。

2.4 SCADA系统

SCADA组态王KingView 6.55是亚控科技针对工业自动化领域推出的一款专业软件，其集成了数据采集、监控、控制以及数据分析等多项功能，旨在为用户提供一个可靠、高效且经济的自动化解决方案。该软件以其友好的用户界面和强大的系统集成能力，使得工程技术人员能够轻松地对各种工业过程进行实时监控和管理。

为面向低端自动化市场及应用的产品，KingView 6.55特别注重易用性和经济性，其支持多种通讯协议，可与不同品牌和型号的PLC、DCS、智能仪表等设备无缝对接，实现数据的实时采集和控制指令的准确下达。此外，其还提供了丰富的图形库和灵活的报表功能，帮助用户快速构建直观的监控界面和生成详细的生产报告。KingView 6.55还具备良好的扩展性和兼容性，可与企业资源计划（ERP）、制造执行系统（MES）等上层管理系统进行集成，实现数据共享和业务协同，从而帮助企业提高生产效率，降低运营成本，增强市场竞争力。

SCADA系统分为控制层、监控层、管理层。监控层连接上下两层，负责实时监测和控制，并发挥上传下达、组态开发的作用。设计时需考虑画面、数据、动画。使用组态王软件设计监控系统，提供可视化监控，利用Windows图形功能创建监控画面，展示设备状态的动画，具备报警、趋势曲线等功能，方便生成报表。软件支持多种设备驱动，组态灵活，数据链接能力强。SCADA系统如图8所示。

本项目借助组态王软件，通过4G/5G网络远程可全球操作相关的PLC控制器，实现本项目的开发目的。同时若编程专业能力强，可采用C#、QT或VS等相关的界面编程。

3 结束语

本项目旨在搭建一套远程控制系统，可通过公共通讯网络建立操作人员到设备的链路，实现对设备的远程操作。可实现只要有网络即可完成相关的授权操作。

通过项目的实施，实现了这一预期目标，即可实现后台组态软件的鼠标点击操作，一直链接到PLC控制的接触器动作和复归这一目标。其创新点在于后台组态软件到4G/5G网络服务器再通过4G DTU设备到PLC控制的执行组件的通讯链路构建。适用于一些非接触的应用环境。

参考文献

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