高职院校PLC远程监控技术应用分析

高职院校 PLC远程监控技术应用分析

朱丽青

云南机电职业技术学院

摘要：PLC（可编程序控制器）是工业控制系统中的控制器，随着计算机和网络技术的发展、PLC微处理器的使用，特别是单片机大量采用，大大增强了PLC的能力。PLC控制系统的正常运行离不开自动化工程师对系统的管理和调试，随着物联网技术的发展，现在PLC的远程监控技术已经比较成熟，在很多工业场合都在使用，本文主要分析 PLC远程监控的方法和在高职院校中远程监控技术的应用情况。

关键字：PLC 远程监控 组态软件 物联网

一、PLC远程控制和调试方法分析：

现在国内主要使用的PLC远程监控的方法有以下几类：第一类是基于纯网络技术的方法，该方法通过自动化工程师和客户端两边的电脑都安装远程桌面控制软件，客户端的电脑与PLC连接，工程师远程操控客户端电脑实现。类似的软件有QQ远程协助、远程桌面、TEAMVIEWER等，这是远程进行PLC程序修改和调试的最简单且费用最低的方法，前提条件是客户端要有能联互联网的电脑，客户端需要有技术人员将电脑和PLC进行硬件连接。其实该方法是远程对于计算机的访问，并不是直接对远程PLC的访问，只适用于工程师临时使用，因为工程师无法独立完成调试，必须客户端现场人员的配合。第二类是通过公网IP进行PLC的远程访问，基于网络技术中的NAT（网络地址转换），将PLC通过路由器的端口映射间接接入公网，该方法使用的前提条件是PLC需要带以太网的功能，同时PLC的编程软件支持以太网的连接，其次客户端的网络IP必须是公网IP。企业网络一般都会有公网IP或者动态域名，公网IP费用高，如果使用动态域名，需要有花生壳或者路由器厂家进行动态域名解析。该方法存在的问题是这种设置相当于将工业设备PLC直接接入到互联网中，安全性不是很高。第三类是通过公网IP进行PLC远程访问和调试存在网络安全的隐患，使用虚拟专用网VPN可以解决网络安全问题。虚拟专用网VPN的主要作用是利用公用网络即互联网将多个私有网络或者网络节点进行连接，这样私有网络的通信内容会在公用网络上进行传输，VPN一般会将通信内容进行加密或者压缩。通信过程中通信内容的压缩和解压缩工作会通过通信双方协商好的协议进行，在两个私有网络之间建立VPN通道需要一个专门的过程，这个过程主要依赖于不同的通信协议。一个完整的VPN系统包括VPN服务器、VPN客户端和VPN数据通道。自动化工程师要远程访问客户端的PLC，工程师的计算机和客户端的PLC分别处于两个不同的私有网络中，完全可以通过建立VPN的方式利用公网进行通信，而且由于VPN的加密技术能够保证通信内容和私人网络的安全。通过虚拟专用网VPN进行PLC远程访问与调试的方法使用的前提条件是PLC需要带以太网的功能，PLC的编程软件支持以太网的连接，其次需要一个VPN服务器用来接收和验证VPN请求，安装VPN服务器时需要一个固定的IP地址或者使用动态IP时使用花生壳配置一个固定的域名。通过VPN进行远程访问存在的主要问题一方面是VPN费用较高。第四种是通过搭建第三方云平台扩展了PLC远程访问的功能，通过第三方云平台不但能够实现常规的PLC远程监控和程序上下载，设备使用方还能够在手机和PC端通过登录云平台随时观察设备的运行状态，及时进行预警，通过实时查看设备的运行状态，来及时排除故障，提高售后维修的时效性。同时第三方企业可以基于云平台上数据开发微信小程序，通过微信查看设备运行情况，基于手机微信小程序或PC终端的西门子PLC远程监控控制系统能给设备的生产厂家和使用方都带来很大的经济利益。

二、基于远程模块和第三方云平台的远程监控调研分析

自动化工程师最开始对PLC进行远程访问，其功能主要是通过因特网实现对PLC内部程序的监控及上下载，为自动化工程师进行PLC控制系统的远程调试和维护提供方便。现在随着物联网技术的快速发展，工程师们通过搭建第三方云平台扩展了PLC远程访问的功能，通过第三方云平台不但能够实现常规的PLC远程监控和程序上下载，还可以通过OPC实现常用组态软件如MCGS、WINCC的远程监控，另外设备使用方还能够在手机和PC端通过登录云平台随时观察设备的运行状态，及时进行预警，通过实时查看设备的运行状态，来及时排除故障，提高售后维修的时效性。同时第三方企业可以基于云平台上数据开发微信小程序，通过微信查看设备运行情况，基于手机微信小程序或PC终端的西门子PLC远程监控控制系统能给设备的生产厂家和使用方都带来很大的经济利益。常见的基于第三方云平台物联网网络架构图

上图中PLC是通过智能网关接入了第三方云平台，通常智能网关由第三方公司自己开发，智能网关主要进行现场PLC数据采集，有些企业称之为数据采集网关，它可以和PLC通过串口进行RS485通讯也可以通过以太网口进行以太网通信，通过这些端口和各种PLC进行通信和数据采集。智能网关通过4G无线网络或者有线网络与第三方云平台连接进行数据传输。

三、组态软件的远程监控调研分析：

组态软件是最常用的PLC监控的软件，随着物联网的发展组态软件的远程监控现在的使用越来越广泛。方法一：组态软件通过本身具有的WEB发布功能进行网页发布，通过手机或者远程电脑进行监控，例如WINCC/WebNavigator客户机是所谓的瘦客户机，它集成在客户机PC的Internet浏览器中，可以运行和管理正在进行的Wincc项目而无需在PC上安装整个Wincc基本系统，通过建立组态项目进行远程监控，但是该方法有其局限性，浏览器中的画面和实际画面不能完全一致，有些功能是无法实现的，另外Wincc的网页发布功能费用相对较高。方法二：通过第三方云平台和智能网关可以实现将工业现场的PLC数据进行远程监控，智能网关将需要监控的数据上传至云平台，云平台与远程的组态软件进行数据对接，从而实现远程的监控，该方法使用较为方便，费用较低。

四、职业院校PLC课程中远程监控使用情况：

通过参观高职院校的PLC实训设备和与相关教师交流发现，现在PLC控制技术是自动化领域最常见的控制器，自动化类专业都将PLC控制技术作为专业核心课程，现在PLC技术类课程已经不单单教授程序的编写，延伸到了综合性控制系统的学习，例如自动化生产线的装调，现代电气控制系统装调等，但是目前PLC的远程监控还涉及很少，或者只是处于教师的研究阶段，没有将其引入到教学环节。而现在新的国家职业技能大赛中有些项目已经使用了PLC的远程监控，例如机器人系统集成，技能大赛引领教学，技能大赛中出现的新技术将逐步推广应用到教学中，所以作为PLC类课程的教师对于PLC远程监控方法的研究是必要的，通过研究将PLC的远程监控技术引入教学和课堂也是非常必要的。本项目将研究探索最常用和最适合引入教学的PLC远程监控方法，把研究成果转化成教学项目引入教学环节，为学生将该技术应用在工业岗位提供技术基础。

参考文献：

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【5】张迅博, 徐受天, 马强, 孟祥波, & 蒲晓波. (0). 基于虚拟专用网的盾构plc远程调试系统.

【6】李国富. 基于Internet的PLC应用程序远程开发与调试的研究[D].

科研项目：云南省教育厅科学研究基金项目

项目名称：PLC控制系统的云端远程监控研究（2020J0979）