基于數(shù)據(jù)庫的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘要：以PLC的運(yùn)程監(jiān)控系統(tǒng)為研究對象，提出了B/S系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。利用運(yùn)程客戶端及網(wǎng)絡(luò)組件和本地的服務(wù)器、控制器、設(shè)備層構(gòu)成硬件連接。在軟件方面，采取數(shù)據(jù)庫和WEB Services組合技術(shù)。建立MySQL數(shù)據(jù)庫和SQL Server數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和PLC跨平臺調(diào)用數(shù)據(jù)庫。通過調(diào)試，表明WEB頁面能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

Abstract： In this paper， the network architecture of B / s system is proposed based on the PLC's monitoring system. It uses the client and network components to connect with the local server， controller and device layer. In the aspect of software， the combination technology of database and web services is adopted. Establish the data communication between MySQL database and SQL server， and realize the cross platform database transfer between PC and PLC. Through debugging， it shows that web page can realize remote monitoring.

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫;PLC;監(jiān)控;WEB

Key words： database;PLC;monitoring;Web

中圖分類號：TP393 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0201-03

0 ?引言

PLC是一種應(yīng)用于大型工業(yè)生產(chǎn)的智能控制器。由于其高處理速度、高可靠性，能適用多種環(huán)境廣泛應(yīng)用，而且PLC可以通過自身擴(kuò)展的接口與計(jì)算機(jī)或者上位機(jī)進(jìn)行通信。因此大型復(fù)雜系統(tǒng)大多設(shè)計(jì)以PLC為核心的控制系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)和工業(yè)4.0的發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)的集成變得非常必要。特別是，基于不同廠商控制器的監(jiān)控系統(tǒng)集成。數(shù)據(jù)庫技術(shù)、WEB技術(shù)與PLC的結(jié)合實(shí)現(xiàn)在線的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過云平臺實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問與控制已逐步成為主流。

1 ?系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要有主機(jī)集中、瀏覽器-服務(wù)器（C/S）和客戶機(jī)服務(wù)器模式（B/S）[1]。B/S 模式是通過超文本傳輸協(xié)議方式向 WEB發(fā)出指令信息。服務(wù)器響應(yīng)后，把訪問數(shù)據(jù)庫的信息編譯成 SQL 語言，再把該語言傳送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器接收信息，并檢驗(yàn)真實(shí)性，最終將數(shù)據(jù)反饋到上一級服務(wù)器，形成HTML頁面顯示在瀏覽器上?；蛘咄ㄟ^人機(jī)交互，以WEB形式顯示于PC上。B/S模式具有便于維護(hù)，易于操做、可移植等特點(diǎn)，更適用于現(xiàn)代的工業(yè)控制系統(tǒng)。

一般的B/S 模式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，由服務(wù)器、客戶端和數(shù)據(jù)庫三層體系構(gòu)成[2]?？蛻舳送ㄟ^網(wǎng)址，訪問服務(wù)器，同時(shí)通過數(shù)據(jù)服務(wù)器處理數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸、訪問。但是加上控制層，增加了控制服務(wù)功能，使得該模式更加強(qiáng)大，也使得現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源得到了充分應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn) WEB 的遠(yuǎn)程監(jiān)控。（圖1）

2 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于Web的PLC控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的硬件結(jié)構(gòu)分由遠(yuǎn)程和控制室網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)由接入的遠(yuǎn)程客戶端以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)器件組成，控制室網(wǎng)絡(luò)分為服務(wù)器層、控制器層、設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)。

服務(wù)器層主要是由 Web 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Win CC服務(wù)器組成[3]?？刂破鞯淖饔檬沁M(jìn)行過程控制，為可視化單元提供過程數(shù)據(jù)，并接收來自可視化單元的控制命令。本設(shè)計(jì)控制器部分主要采用西門子公司生產(chǎn)的 S7系列1200PLC;設(shè)備層也可以稱為被控對象層，主要是現(xiàn)場的伺服驅(qū)動(dòng)、變頻器、各種智能儀表及閥等。

3 ?軟件設(shè)計(jì)

基于 Web 的 PLC 控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要分為 Web 務(wù)器、遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器兩個(gè)部分。現(xiàn)場控制設(shè)備的各種數(shù)據(jù)信息存放在SQL數(shù)據(jù)庫中，通過建立和MySQL數(shù)據(jù)庫連接，讀取或者翻譯其中的信息，通過WEB頁面表達(dá)和顯示出來。

3.1 WEB技術(shù)

Web Services是指由企業(yè)開發(fā)完成的其特別需求的在線應(yīng)用服務(wù)并對外進(jìn)行發(fā)布[4]。目的是不同平臺之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和相互操作。該技術(shù)也是PLC和服務(wù)器之間可以跨平臺傳輸數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，其調(diào)用過程如圖4所示。主要是通過SOAP在Web上提供軟件服務(wù)，使用WSDL文檔進(jìn)行解釋并注冊。客戶端能夠通過Internet向Web Services服務(wù)端發(fā)送請求或者響應(yīng)請求，從而得到數(shù)據(jù)信息，也就是利用Web Services技術(shù)，把從PLC各端口的數(shù)據(jù)封裝成接口，利用改寫接口中的方法得到PLC傳送的各種數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和PLC跨平臺調(diào)用的數(shù)據(jù)目的。

1200PLC通過自身的以太網(wǎng)口與上位機(jī)通信，通過APACHE實(shí)現(xiàn)WEB應(yīng)用的文檔解析。 生成JAJA本地類。通過WEB允許的通信協(xié)議和1200PLC通信，實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)的寫入和讀取。獲得的數(shù)據(jù)可以直接轉(zhuǎn)發(fā)到WEB動(dòng)態(tài)頁面。

3.2 數(shù)據(jù)庫平臺實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問

使用MySQL數(shù)據(jù)庫，可以十分方便的管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息[5]。運(yùn)行MySQL數(shù)據(jù)在Web開發(fā)中的，我們必須先連接到數(shù)據(jù)庫中;SQL Server 是微軟公司開發(fā)的一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，存儲著現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。因此必須把MySQL數(shù)據(jù)和SQL Server數(shù)據(jù)庫建立通信。

開放數(shù)據(jù)互聯(lián)（ODBC）是開放服務(wù)結(jié)構(gòu)中有關(guān)數(shù)據(jù)庫的一個(gè)組成部分，它建立了一組規(guī)范，并提供了一組對數(shù)據(jù)庫訪問的標(biāo)準(zhǔn)[6]。所以在SQL ?Server 的服務(wù)器上安裝My SQL的ODBC驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也為MySQL數(shù)據(jù)庫建立ODBC系統(tǒng)數(shù)據(jù)源。然后操作數(shù)據(jù)前者數(shù)據(jù)庫和后者的同步。而JAVA語言實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫MySQL的操作，同時(shí)WEB解析出程序編碼以直觀的信息顯示在瀏覽器上。（圖5）

本系統(tǒng)采用WEB 通用瀏覽器作為遠(yuǎn)程監(jiān)控的監(jiān)視畫面.Java語言是支持網(wǎng)頁瀏覽器，利用 Java 編寫本系統(tǒng)語言，需要從 SUN 公司下載s7api.jar等，這些開發(fā)包提供了編寫語言時(shí)所用到的頭文件[7]。將這些開發(fā)包與 Java的數(shù)據(jù)包放在同一路徑下。

操作人員在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢頁面可以瀏覽工控設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，頁面通過調(diào)用串口程序向 PLC 發(fā)出寫入或者查詢命令后，會將PLC 控制的下位機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息以十六進(jìn)制的形式進(jìn)行反饋，并轉(zhuǎn)換為 JAVA 語句，WEB 頁面對轉(zhuǎn)換的 JAVA 語句進(jìn)行分析。直觀簡介的顯示在瀏覽器的網(wǎng)頁上，如圖6所示。操作人員能夠進(jìn)行方便快捷的瀏覽。也能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改、綜合查詢監(jiān)視，也能夠進(jìn)行單個(gè)數(shù)據(jù)信息的監(jiān)視查詢。

4 ?結(jié)論

采用WEB技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的PLC監(jiān)控系統(tǒng)。即利用Apache建立了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的Web服務(wù)器。在遠(yuǎn)程訪問時(shí)采用My SQL 數(shù)據(jù)庫與SQL Server 數(shù)據(jù)庫通信，讀取PLC中的數(shù)據(jù)信息。運(yùn)用PHP技術(shù)實(shí)現(xiàn)My SQL 數(shù)據(jù)庫的連接和操作，在網(wǎng)頁中實(shí)現(xiàn)登錄、下載功能。同時(shí)也能查看PLC的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)。

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作者簡介：葛笑寒（1983-），男，河南三門峽人，副教授，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化控制。

基金項(xiàng)目院三門峽市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2019010114）;三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技服務(wù)項(xiàng)目（SZY-2020-064）。