基于西門子PLC系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的融合應(yīng)用

蕭力華

摘要：隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，許多企業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)遠(yuǎn)程控制，然而某些生產(chǎn)場合必須配備視頻監(jiān)控作為輔助手段，才能全面直觀地進(jìn)行生產(chǎn)控制。傳統(tǒng)的工業(yè)自控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)無論從硬件還是軟件都是相互獨(dú)立的，使得控制人員在使用時(shí)必須在兩個(gè)系統(tǒng)間來回操作，影響了生產(chǎn)效率。為此，本文設(shè)計(jì)了一套基于西門子PLC自控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控的融合應(yīng)用方案，在硬件上將視頻監(jiān)控接入到工業(yè)以太網(wǎng)，在軟件上將視頻監(jiān)控接入到西門子WinCC組態(tài)軟件中，從而實(shí)現(xiàn)PLC自控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一控制。

關(guān)鍵詞：西門子PLC；視頻監(jiān)控；工業(yè)以太網(wǎng)；融合

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）04-0006-02

隨著分布式自控系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測與操控。然而某些生產(chǎn)場合還需要直觀地了解現(xiàn)場情況，才能更好地進(jìn)行生產(chǎn)控制，這就需要引入視頻監(jiān)控作為輔助手段。傳統(tǒng)工業(yè)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)往往沒有考慮視頻監(jiān)控的引入問題，最終形成自控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的相互獨(dú)立。兩套系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)都要獨(dú)自布線，配置兩套獨(dú)立的操控設(shè)備與軟件系統(tǒng)，這不僅增加了建設(shè)成本，也不滿足控制人員在生產(chǎn)過程中的統(tǒng)一控制需求[1]。為此，本文設(shè)計(jì)了一套基于西門子PLC自控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控的融合應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、控制信號(hào)和視頻監(jiān)控信號(hào)在同一工業(yè)以太網(wǎng)中傳輸，視頻監(jiān)控融合到西門子WinCC組態(tài)軟件中，最終達(dá)到統(tǒng)一控制的要求。本方案應(yīng)用于東莞市第六水廠，具備較好的使用效果。

1 應(yīng)用方案

西門子PLC自控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控融合應(yīng)用方案的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。在生產(chǎn)現(xiàn)場前端，西門子PLC模塊、各種數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備通過硬件組態(tài)后接入工業(yè)以太網(wǎng)；同樣，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過交換機(jī)連接到工業(yè)以太網(wǎng)，并使用NVR錄像機(jī)對(duì)各攝像機(jī)進(jìn)行錄像。工業(yè)以太網(wǎng)采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用光纖線將各個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場和監(jiān)控中心串連在一起。監(jiān)控中心設(shè)置了一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，其中安裝了西門子WinCC組態(tài)軟件。應(yīng)用方案的關(guān)鍵是通過工業(yè)以太網(wǎng)同時(shí)傳輸西門子PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、控制信號(hào)和視頻監(jiān)控信號(hào)，并在同一監(jiān)控計(jì)算機(jī)使用WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行PLC系統(tǒng)監(jiān)控和視頻監(jiān)控。

2 硬件組態(tài)

2.1 工業(yè)以太網(wǎng)

為了適應(yīng)工業(yè)自控系統(tǒng)分布式發(fā)展方向，基于Ethernet技術(shù)的工業(yè)數(shù)據(jù)通信得到廣泛應(yīng)用，形成了適應(yīng)工業(yè)控制的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。工業(yè)以太網(wǎng)具有實(shí)時(shí)、穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速度高，使用通用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、兼容性好等特點(diǎn)。本方案使用SIXNET ET-9RS實(shí)時(shí)環(huán)交換機(jī)為基礎(chǔ)的工業(yè)以太網(wǎng)，采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路徑冗余，不論哪一段鏈路發(fā)生故障，所有設(shè)備仍可互相通信。支持像TCP/IP，Internet（IP），UDP以及許多其它基于以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，與所有IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)兼容。本方案所有接入工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)備均使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[2]。

2.2 西門子PLC系統(tǒng)

西門子PLC系統(tǒng)采用主從站結(jié)構(gòu)，主站采用S7-400 PLC，從站采用S7-300或S7-200 PLC，主站與從站、I/O模塊通過現(xiàn)場總線連接。每個(gè)主站S7-400 PLC通過CP模塊CP443-1連接到SIXNET ET-9RS實(shí)時(shí)環(huán)交換機(jī)后接入到工業(yè)以太網(wǎng)中。利用西門子SIMATIC STEP7對(duì)每個(gè)PLC站點(diǎn)進(jìn)行硬件組態(tài)時(shí)，可在CP443-1中設(shè)置IP地址如192.168.0.2，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0，這樣就可在WinCC組態(tài)時(shí)通過TCP/IP驅(qū)動(dòng)建立與各個(gè)PLC站點(diǎn)的通信，建立相應(yīng)的過程變量，從而實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測和生產(chǎn)控制。

2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控設(shè)備采用支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，包括可控制一體球機(jī)和普通攝像機(jī)。多個(gè)攝像機(jī)連接到具備POE供電的交換機(jī)，再連接到SIXNET ET-9RS實(shí)時(shí)環(huán)交換機(jī)后接入到工業(yè)以太網(wǎng)中。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)置與西門子PLC系統(tǒng)相同IP段的不同IP地址如192.168.0.3，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0，這樣就可在WinCC組態(tài)時(shí)通過IP地址連接到相應(yīng)攝像機(jī)的監(jiān)控畫面。另外，使用NVR錄像機(jī)對(duì)各網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控錄像，設(shè)置相應(yīng)的IP地址和子網(wǎng)掩碼，就能在WinCC組態(tài)中翻查錄像。

2.4 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心設(shè)置了一臺(tái)高性能工控計(jì)算機(jī)，通過連接SIXNET ET-9RS實(shí)時(shí)環(huán)交換機(jī)后接入到工業(yè)以太網(wǎng)中，并在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中安裝了西門子WinCC組態(tài)軟件。計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置與西門子PLC系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)相同IP段的不同IP地址，就能在WinCC組態(tài)軟件中通過TCP/IP協(xié)議同時(shí)與PLC系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

3 系統(tǒng)組態(tài)與應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)在同一監(jiān)控畫面中進(jìn)行PLC系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能，需要通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)的西門子WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。該組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，可進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，形成操作監(jiān)視控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線等，為操作者提供圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境。在本方案中使用WinCC組態(tài)軟件建立西門子PLC系統(tǒng)的組態(tài)項(xiàng)目，開發(fā)常規(guī)工藝監(jiān)控畫面，使用TCP/IP驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建變量，數(shù)據(jù)采集歸檔，創(chuàng)建實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線等。為了將視頻監(jiān)控集成到常規(guī)工藝監(jiān)控畫面中，需要使用WinCC組態(tài)軟件的ActiveX 控件[3]。

在WinCC圖形編輯器中建立常規(guī)工藝監(jiān)控畫面，添加各種工藝流程所需的元件，完成常規(guī)工藝監(jiān)控部分的開發(fā)。對(duì)于視頻監(jiān)控的集成開發(fā)，需在WinCC的ActiveX 控件中添加WinCC WebBrowser Control控件，使用該控件在常規(guī)工藝監(jiān)控畫面中畫出一個(gè)合適的控件框。在該控件的“控件屬性”中MyPage設(shè)置為需要連接的攝像機(jī)IP地址，如本方案中為http：//192.168.0.3，然后將其它屬性Enabled、ShowStatus和ShowNavigation都設(shè)置為“否”。這樣在打開常規(guī)工藝監(jiān)控畫面時(shí)，該控件就能自動(dòng)連接所設(shè)置的IP地址指向的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，顯示現(xiàn)場視頻畫面。若使用普通不可控?cái)z像機(jī)，控件只顯示監(jiān)控畫面；若使用可控球機(jī)，控件還能顯示臺(tái)云控制部分。此外，還可使用該控件建立畫面連接NVR錄像機(jī)，從而可查詢到各個(gè)攝像機(jī)的監(jiān)控錄像。在方案的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，以東莞市第六水廠西門子PLC系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的融合為例，如圖2所示。在投加系統(tǒng)中，將PLC設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備同時(shí)接入廠內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)中，在WinCC中打開投礬工藝監(jiān)控畫面時(shí)，可以查看各種工藝參數(shù)和控制各種PLC設(shè)備，同時(shí)在畫面右邊可顯示網(wǎng)格絮凝池和平流池的監(jiān)控畫面，以便觀察投礬的混凝效果。

4 結(jié)語

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，為了充分利用和整合資源，本文所設(shè)計(jì)的基于西門子PLC自控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控的融合應(yīng)用，共用了工業(yè)以太網(wǎng)，減少了建設(shè)投入，實(shí)現(xiàn)了在同一監(jiān)控畫面中集成了PLC自控系統(tǒng)的工藝監(jiān)控和視頻監(jiān)控，滿足控制人員的統(tǒng)一控制需求。經(jīng)在東莞市第六水廠的實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到預(yù)期效果，可以作為建設(shè)參考。

參考文獻(xiàn)

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