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怎样通过4G网络实现PLC远程控制

供稿:长沙老王 2020/5/12 12:07:33

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  • 关键词: PLC远程控制 4G网络
  • 摘要:PLC是一种逻辑可编程控制器,因其可靠稳定,编程相对容易,在工业控制上得到了大规模的运用。本文我们来介绍目前主流PLC如果通过4G网络来实现远程控制的。

随着4G、5G无线网络的快速发展,无线网络通讯越来越稳定,速度越来越快,完全可以满足工业控制对安全、可靠的通讯需求,且无线网络覆盖广,使用方便,流量资费也在大幅下降。随着人工工资快速增长,无人值守、集中监控需求大幅增加。因此工业设备通过4G网络来实现远程控制得到了快速的发展,且稳定性、可靠性完全可以满足常规的使用要求。

PLC是一种逻辑可编程控制器,因其可靠稳定,编程相对容易,在工业控制上得到了大规模的运用。本文我们来介绍目前主流PLC如果通过4G网络来实现远程控制的。

一、   PLC的怎么通过4G无线实现远程通讯

1、DTU

PLC最开始是通过GPRS无线网络来实现远程通讯,最早得到运用的是DTU,DTU是通讯方式是类似485通讯modbus协议的透传协议。

DTU使用配置比较麻烦,一般只支持485通讯,协议基本都是MODBUS,不支持各品牌PLC自有协议,还有DTU基本是属于透传,利用上位机系统协议来解析接收数据,数据在网络传输过程中发送没有握手协议,容易受网络干扰丢失数据。

DTU一般需要做上层软件的人员还需要懂modbus协议,做底层硬件的人还需要将PLC协议转为modbus协议,早期的DTU还需要配置网络节点,使用对技术人员要求比较高。还有就是透传协议,采用的是轮询的通讯方式,因此传送数据不能太多,延迟比较大,一般传送周期需要10S左右。

DTU以GPRS通讯的居多,GPRS网络随着4G\5G的大规模商用,有退网风险。但是DTU价格低廉,在对数据实时性和稳定性要求不高的环境可以使用。

2、PLC协议网关

现在PLC无线远控控制采用协议网关+云的模式比较多,拓扑图如下:

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协议网关就是硬件模块内置了各种品牌的PLC协议,和触摸屏一样,通过上位软件配置,选择通讯协议,建立变量和寄存器的映射,再将配置好的程序下载到网关硬件中。协议网关一般是基于ARM做的系统。厂商已经集成好了各种协议,通讯设置方式也基本和触摸屏、组态软件设置一样,一般做工控的技术人员都熟悉,非常容易上手。协议网关一般都有485、232、网口等多种通讯口,基本上支持市场上所有主流的PLC。

协议网关建立和PLC通讯后,会在自己的处理器内部将变量数据进行处理,形成网络通讯协议,再发4G网络发送给云服务器,或者接收云服务器的命令,在自己处理器内部还原成PLC协议。在数据处理这块,功能强大的网关,会对数据进行打包压缩,并加密,采用非透明传输的模式,减小数据传输流量,并增加网络握手协议和数据重发机制,从而保证数据的安全和可靠。压缩打包技术,能发送更多的数据,且能加快数据发送,一般能做到发送周期在1S以内。

协议网关由于配置简单,且功能强大,在对数据要求比较高的项目广泛采用。本文重点介绍协议网关的工作模式。

二、   协议网关机理

第一步:协议网关顾名思义就是带有多种通讯协议,和工控常用的组态软件一样,和PLC对接时,需要选定好对应PLC的通讯协议,并建立变量和PLC寄存进行绑定。因此第一步就是确定PLC的通讯端口,是485,232,还是网口,在选择对应的PLC通讯协议。协议都在已经内置在网关,用户只需要熟悉配置软件,并选择好对应的PLC协议。

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第二步,建立变量,和PLC寄存器关联,变量和寄存器建立一一对应的关系,这个和组态、触摸屏是一样的。将所有需要监控寄存器地址都要建立一个变量关联。

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第三步,变量绑定PLC寄存器后,可以调用这些变量来开发协议网关的一些附属功能,比如短信报警、历史数据、一些数据的计算处理。因为协议网关是一个独立的嵌入式运行系统,自身带很多编程操作功能,可以通过它配套的软件来编写。配套的软件都是人机交换的,都是块的应用,开发公司都已经做成了很好的人机交换界面,使用者只需要熟悉了解配置软件,不需要有太多的编程功底。这都是DTU不具备的。

第四步,进配置好的协议网关的设置程序,下载到网关内部,网关就会按照配置程序封闭运行,自动和网关对应的云平台建立网络通讯,能互发数据。且网关和服务器的数据通讯都是通过压缩和加密的,能有效保证通讯的可靠和安全。硬件网关相当一个黑盒子,实现了PLC协议和网络协议的转换,连接到服务器后,服务器在转为其他标准协议,这个中间协议转换使用者都无需了解,这就大大简化了使用的难度和工作量,是硬件开发者和上位机开发者可以完全脱开,各自做各自的工作。

三、   云服务器平台作用

实现PLC远程监控有VPN专网、云服务器等模式。

VPN相当于专网专线,相当在网络运营商租一个专用网络回路,形成一个类似局域网的网络。VPN专网,私密和安全性比较好,但是费用成本很高,VPN需要申请固定IP,每年都需要缴纳不低的年费。

现在采用云服务器的居多。云服务器一般都是采用域名识别的方式,就是硬件终端内置服务器域名,只要连接网络,就直接寻址服务器,并向服务器发送连接需求。服务器收到硬件连接请求后,就打开接口,和硬件保持心跳包连接。服务器是不主动寻找硬件连接的。这种方式无需固定IP,一般协议网关的厂家都提供免费的云服务器。使用方除了缴纳后期运行的流量费用外,无需缴纳服务器的使用费用。且云服务器这种很容易支持私有服务器,将网关的云服务器系统直接装在客户的私有服务器上,并将硬件网关的寻址域名调整一下即可。

云服务器处理功能强大,一般都提供标准的OPC、HTTPS、MQQT等协议接口。使用这可以用组态软件、JAVA、C++、Phyon等软件直接调用云服务器数据来进行二次开发,可以做成远程组态监控、手机APP监控、网页监控。

四、   远程端监控系统

PLC数据传到网络后,最终是用来远程监控的。

远程监控系统,小项目一般就用协议网关公司提供的网页监控和手机APP。这种一般都是网关厂家标配,提供配置软件和相关技术支持,配置也很简单,基本都是选着和设置,这个一般工控技术人员在厂家支持下都能独立完成。但是功能一般比较固定,一般都是一些数据显示,控制窗口设置,简单的历史数据报表和曲线,一般都是针对一个硬件。

中型项目,很多项目配有中控室,用传统组态做一个数据中心,组态通过OPC协议,通过协议网关设备序列号,和服务器建立通讯连接,获取相应数据通讯,用传统组态的功能实现数据管理,远程控制。

大型项目,客户用高级语言开发管理系统,如数据库管理,数据运用分析,通过统计分析,达到客户所需要的目的。这种运用最为灵活,客户完全自己定义数据的展示模式,数据的运用。这种运用也可以直接做成网站模式,客户自我形成云端管理。

 

审核编辑(王静)
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