基于网际组态软件Advantech WebAccess的远程监控实验系统

一．引言 　　现代远程教育是以电视、广播、网络、电话、函授等多种传播媒体和信息传输方法进行教育的一种新型教育模式，它突破了教师和学生在时间和空间上的障碍，使学生可以在具有传媒或信息的地方进行学习。 　　理论和实践是教育的两个重要方面，然而在目前的远程教育中，发展是不平衡的，在远程的课堂教育中，目前有双向视频、VCO点播、BBS讨论和答疑、Email作业及批改等多种形式的现代远程教育方式；而在实验环节，特别是理工科专业，适合远程教育特点的配套实验项目比较少，更缺乏像远程遥控之类不受时间和空间限制的实验。在这种情况下，我们开展了远程遥控实验的研究，并取得了计算机人机 操作界面（HMI）、可编程控制器（PLC）、交流伺服电机控制系统（AC Servo Motor Controller）、多功能仿真实验箱、全自动机械设备等实验项目的远程遥控实验探索，已取得初步成功并得到应用。WebAccess就是其中一个成功的案例，网际组态软件WebAccess是完全基于浏览器的人机界面（HMI）和数据采集监控系统(SCADA)软件，远程遥控实验系统使用WebAccess通过计算机Internet/Intranet网络去实现对一种机械实验设备控制、并监视该设备的运行状况。 　　本文中介绍一台由PLC控制的全自动纸币捆扎机的实验设备，通过网际组态软件WebAccess进行远程实验（这台设备的PLC控制程序也可以使用远程实验方法通过网络进行编程、调试。这些内容不在本文讨论范围之内）。 二．远程监控实验的基本构建 　　远程遥控实验是以军事和工业生产中的遥控方法为参考，但和它们又不一样，遥控实验系统具有两大特点：１．作为实验设备，成本不能很高；２．要满足从基础或者说从“０”开始编程的要求，也就是说军事或工业的遥控，主要实现的是操作过程，而实验设备的遥控是根据实验要求建立控制规律并实现操作过程。 　　计算机网络是远程遥控实验的基础，可以是因特网，也可以是局域网。通过网络，学生的客户机登陆到实验室的工作站上，运行相应的远程遥控软件，即可对实验设备进行编程、调试、运行等实验操作。WebAccess远程实验系统如下图所示。 　　远程监控实验的组成，分为硬件和软件两大部分。硬件除了计算机及其网络外，还需要相应的实验设备。这些实验设备应满足远程遥控实验的需要。可以按照远程遥控实验的要求进行全新设计，或者将常规实验设备进行改造。WebAccess监控的全自动纸币捆扎实验机是按照银行使用的工业设备进行改造的遥控实验设备。 　　软件部分包括系统软件和应用软件，根据不同的实验要求，使用不同的应用软件，Web Access就是一种应用软件，它是基于网络浏览器的架构的网际组态软件，可以通过互联网进行远程的监控、绘图、修改、创建数据库，并且其免费无限客户端的功能非常适合应用于远程遥控实验系统。 三．网际组态软件WebAccess 的主要功能 　　WebAccess是研华公司推出的一种网络化组态软件，WebAccess完全是以网络浏览器Internet Explore为基础的，和传统的组态软件相比较，其基于网络架构的内核兼有传统组态软件的单机功能和网络功能，而且在网络功能上克服了传统组态软件的诸多架构局限，将有潜力成为未来网络时代的特色自动化软件。而本应用案例也充分发挥了网际组态软件WebAccess的网络功能。 　　Web Access是由客户端、监控节点、工程节点三部分组成。WebAccess的客户端用 Web浏览器来充当一个全功能的操作员站和工程师站，它是一个插件程序，运行与浏览器有关。WebAccess 客户端实际上是一种人机界面（ＨＭＩ）软件，提供实时的数据显示、动画、趋势、报警和报告等功能，以满足工程控制的需要。WebAccess 客户端使用TCP/IP协议通过因特网或局域网和监控节点连接。 　　Web Access 监控节点是一个远程计算机，它于自动化设备相连接并通信，监控节点软件安装在远程的工作站计算机中，提供管理控制和数据采集（SCADA）功能，包括：通讯驱动程序；报告和趋势记录实时数据；报警及其记录；安全和事件记录等。 　　WebAccess 工程节点作为集中的数据库和web 服务器，提供客户端和监控节点间的初始连接，提供“工程管理员”功能以创建Ｉ／Ｏ数据库，报警和图形等。 　　Web Access软件除了具有一般组态软件所具有的常用的绘图，建点，动画，数据显示，趋势图，事件报警，记录和报表等功能外，具有以下特点： 　　1. 通过网络实现远程诊断维护，远程建构、修改图形及数据库； 　　2. 先进的数据库架构，方便用户工作中既可以先设定硬件，也可以先绘图形，高效灵活； 　　3. 多工非同步建构功能，允许多用户同时建构数据库，完全具备网络多用户功能； 　　4. 多叠式网络安全结构（防火墙＋内建安全系统），保护用户数据的安全。 　　5. 矢量绘图方式，图形大小不易失真，在不同分辨率、不同大小的显示器上无须调整界面大小；并且可直接导入　　　 AutoCAD的DXF文件，进行全功能的编辑。 　　6. 简易的TCL 脚本，便于在不同的操作平台、不同的浏览器上都能发挥功能。 　　Web Access的这些特点，特别是远程诊断维护、远程的操作、控制功能和多用户功能，对于建立远程实验系统是非常有用的 四．应用实例——全自动纸币捆扎机 　　全自动纸币捆扎机是我校机械实验室的一台机电一体化的实验设备，属于自动机械类。采用三菱可编程控制器（FX1N--60MT）控制设备的８个电动机，２个电磁铁，２个加热器等部件。它的功能是实现成叠纸币的一纵两横三次捆扎，整个工作过程是可以全自动进行的，捆扎机的自动工作过程如下： 　　将一叠纸币放入捆扎机定位挡板的位置——按启动按钮——定位挡板打开——横梁压紧纸币——送带形成环状——压紧带头——抽紧带子——下加热器上升，加热带头重叠部分——割刀上升割断带尾——下加热器和割刀下降（完成一纵的捆扎）——横梁微升——机械手持币左转９０度——（重复上述从横梁压紧后的工作过程，同时进行纵向和横向捆扎带十字交差部分的熔接）上加热器下降——加热交差部分——上加热器上升——（若上、下部分工作都完成，则完成了一横的捆扎）——横梁微升——机械手持币右转１８０度——（重复上述从横梁压紧后一横的工作过程，包括上加热。完成二横的捆扎过程）————横梁微升——机械手持币左转９０度居中——横梁压紧——释放持币机械手——横梁上升——定位挡板关闭（完成全部捆扎过程）。整个自动过程由PLC（可编程控制器）控制。 　　Web Access是作为捆扎机的监控和操作界面叠加在设备的PLC上，根据捆扎机的工作过程要求，进行Web Access的设计： 　　1. 建立捆扎机的工程项目，包括用户名，密码，工程名，IP地址等；添加节点，启动核心程序；设置通讯端口参　　　 数。对三菱FX系列PLC，通讯参数可选择9600波特率，７位数据位，１位停止位，EVEN(偶校验)； 　　2. 定义该设备PLC的控制点，整机共使用近60个控制点，主要是各个工作画面的状态显示和操作控制所需要　　　　　 PLC的X、Y、M、D点； 　　3. 设计工作画面，包括开机画面、功能选择画面、主要（自动）工作画面、手动工作画面、参数设置画面、故障　　　 复位画面等。完成各个工作画面的绘图； 　　4. 分配各个工作画面所需要的控制点，包括： 　　　 在主要（自动）工作画面中，主要是各个电动机、电磁铁和加热器的工作状态显示，启动、停止、送／收带操　　　 作按扭等，以及票面选择、报警等画面切换按扭； 　　　 在手动工作画面中，主要是各个电动机、电磁铁的手动操作及其状态显示； 　　　 在参数设置画面中，对各个捆扎过程的主要参数，例如送带长度、加热时间等工作参数进行设置。 　　　 其他画面的设置，等等。 　　5. 建立各个点的动画连接及脚本语句。 　　　 将完成的Web Access设计保存到磁盘后（DRW和BGR两种文件格式），通过网络从Client下载到Node节点并启　　　 动节点，然后进入监控状态，即可通过计算机网络调试、修改程序，直到完成整个工作过程。 五．结束语 　　在远程实验的设计过程中，由于WebAccess的工作过程，都可以通过网络进行，因此参加实验的学生真正参与到通过远程遥控来控制一个真实设备的实验过程，这对于巩固理论知识，提高动手能力的帮助是非常大的。 　　从另一个方面来说，通过网际组态软件远程遥控实验，既学习了遥控的基本方法，又能对自动化软件这一领域深入地了解，扩大了学生的知识面，提高了学生的综合素质。 　　对于学校的开放教育来说，特别是网络教学的不断深入，自动化教育领域也向着网络化发展。实验室的计算机在实验期间可以２４小时开机，网际组态软件的应用，对以业余学习为主的学生，不管身处何地、身居何时，都可以灵活安排上网时间，进行实验课程项目，既不影响工作，又不影响学习。 　　WebAccess的免费无限客户端的功能，不管同时参加实验的学生有多少，都能为异地的学生同时参加实验提供了良好的环境。 　　在使用网际组态软件WebAccess的时候，稍感不足的是：由于采用了矢量绘图方式，在绘图过程中，放大画面后，画面响应速度变慢。