CN102654766A - 一种plc无线远程监控系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PLC无线远程监控系统，包括主机服务器、远程监控客户端、ZigBee协调器节点、ZigBee路由节点、PLC控制节点以及PLC，PLC控制节点与PLC连接通信，主机服务器分别与远程监控客户端和ZigBee协调器节点通信，远程监控客户端的控制信息通过ZigBee协调器节点发送给PLC控制节点，并接收PLC控制节点传输的PLC及车间设备的运行状态信息；ZigBee协调器节点控制ZigBee无线传感网络，PLC控制节点与ZigBee路由节点连接通信，控制信息或运行状态信息通过ZigBee路由节点在PLC控制节点和ZigBee协调器节点之间传输。本发明还公开了利用上述监控系统获取PLC运行信息及进行控制的方法。本发明基于无线传感网络技术，可以灵活控制PLC并及时收集PLC及被控对象控制运行状态信息，操作简单，易于维护和扩展。

Description

一种PLC无线远程监控系统及其应用

技术领域

本发明涉及远程监控系统技术领域，具体涉及一种PLC无线远程监控系统及其应用。

背景技术

近年来发展起来的ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，基于ZigBee规范的无线传感网络(Wireless Sensor Networks，简称WSN)技术集成了片上系统(SOC，system on chip)、无线通信和低功耗嵌入式等技术，具有低功耗、低成本、低数据量、部署简单、可扩展性强、大网络容量、时延短、通信安全等特点。Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，能够实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并以自组多跳的无线网络方式传送给观察者，实现对工业现场的自动感知。

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。PLC编程语言简单、易学，系统设计周期短，抗干扰能力强，可靠性高，对生产工艺改变适应性强，安装简单，维修方便，是工业控制的主要手段和重要的基础设备。

PLC执行逻辑运算、顺序控制，通过数字或模拟式输入/输出控制各类型的机械或生产过程，例如开关量逻辑控制、温度压力流量过程控制、运动控制、数据处理等。在制造车间中，有一系列典型PLC应用，例如机械臂系统控制、盘式刀库换刀过程控制、物料配送系统控制、定长切割系统控制、电梯系统控制等。PLC的使用，能够大幅度的提高生产控制精度和可靠性、减轻工人劳动强度，从而提高生产效率，降低生产成本。

随着制造企业的竞争压力越来越大，提高生产效率、降低生产成本的需求越来越迫切。生产制造的自动化监控也就需要使用较多的PLC。在很多情况下，PLC要准确的实现其控制功能，需要有外部信号输入。一般来说，有线连接的控制开关或控制器会在PLC附近，在紧急情况下，不能实现远程及移动灵活控制；另一方面，PLC及控制对象的运行状态的随时获取，也能够更好的做到生产过程的控制。

专利文献201020629496.6公开了一种堆取料机PLC远程监控装置，其中的PLC与上位PC之间通过PLC编程电缆、适配器、调制解调器、与公共电话网相连的电话线进行通信，以解决故障信息及时获取，达到及时排故的目的。该方案可以对PLC进行远程监控、能够实现远距离修改监控程序及排除故障，但其中的关键节点设备之间采用有线连接，不能实现更加灵活地控制，调制解调器的数据预处理能力有限，限制其适用范围。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种PLC无线远程监控系统，该系统能够随时随地控制PLC运行，获取PLC及被控对象控制运行状态，及时应对突发事件，能够提高PLC网络连接的灵活性，降低PLC网络控制的部署和维护成本。

实现本发明目的所采用的具体技术方案如下：

一种PLC无线远程监控系统，包括主机服务器、远程监控客户端、ZigBee协调器节点、ZigBee路由节点、PLC控制节点和PLC。一方面，PLC控制信息由远程监控客户端远程发送至主机服务器，主机服务器进行相应的处理后通过串口、USB或网口将信息传输给ZigBee协调器节点，信息从ZigBee协调器节点通过ZigBee路由节点传输给PLC控制节点，PLC控制节点将控制信息通过串口、USB或网口传送给PLC，PLC则根据这一控制信息实施相应的控制操作；另一方面，当PLC及被控对象状态发生变化时，其控制运行状态信息，例如PLC启停状态、被控对象状态等，由串口、USB或网口传输给PLC控制节点，PLC控制节点发送控制运行状态信息，通过ZigBee路由节点传输给ZigBee协调器节点，ZigBee协调器节点再通过串口、USB或网口将相应的信息传输给主机服务器，由主机服务器对其进行处理，远程客户端在需要时候，远程从主机服务器获取并进行显示。

作为本发明的改进，所述主机服务器通过串口、USB或网口与ZigBee协调器节点通信，一方面通过协调器向无线网络发送PLC控制信息；另一方面接收PLC及被控对象控制运行状态信息，进行基于状态信息的信息处理及存储，例如PLC工作状态显示、被控对象运行过程实时表达、完整动作行程完成次数计量、被控对象状态切换记录等，使得远程监控客户端能够远程泛在获取处理后的运行信息。

作为本发明的改进，所述远程监控客户端可以是普通固定PC机，也可以是手持移动终端(手机、PDA、平板电脑等)，尤其是移动终端，能够实现随时随地灵活泛在监控。在这些设备上，部署有专门的操作软件，可以为工作人员提供可视化操作界面使工作人员能够可视化地向主机服务器发送PLC控制信息，也可以从主机服务器获取处理后的PLC及被控对象运行信息并可视化界面上进行显示。

作为本发明的改进，所述ZigBee协调器节点组织建立无线传感网络；通过串口、USB或接口与主机通信，完成通信协议的转换，即ZigBee协议与串口、USB或TCP/IP通信协议之间的转换；可以将接收到的PLC控制信息传输至相应的PLC控制节点，也可以将接收到的PLC及被控对象控制运行状态信息传输给主机服务器。

作为本发明的改进，所述路由器节点具有无线路由功能，用于信息中转，并可扩展无线网络传输距离和无线网络节点数量。

作为本发明的改进，所述PLC控制节点通过串口和PLC通信，可以接收从ZigBee协调器节点传送来的控制信息，并根据控制信息的要求向PLC发送相应指令，控制其控制动作；也可以及时收集PLC传来的PLC及被控对象控制运行状态信息，并及时向ZigBee协调器节点发送PLC及被控对象控制运行状态信息。

本发明的目的之二在于提供一种利用上述PLC无线远程监控系统对PLC进行控制的方法，包括如下具体步骤：

(1)远程监控客户端向主机服务器发送PLC控制命令；

(2)主机服务器接收控制命令信息并进行处理之后，将其发送给ZigBee协调器节点；

(3)ZigBee协调器节点对控制命令进行解析，然后通过ZigBee无线网络发送给对应的PLC控制节点；

(4)PLC控制节点接收到控制命令后，及时地将其发送给与之相连的PLC，并向ZigBee协调器节点回复应答信息；

(5)PLC根据接收到的控制命令做出响应。

本发明的目的之三在于提供一种利用上述的PLC无线远程监控系统对PLC及其被控对象的控制运行状态进行监控的方法，包括如下具体步骤：

(1)PLC及被控对象的控制运行状态信息传送给与之连接的PLC控制节点；

(2)PLC控制节点接收到信息后，通过无线网络发送给ZigBee协调器节点；

(3)ZigBee协调器节点收到PLC及被控对象控制运行状态信息后，将其发送至主机服务器，并向PLC控制节点回复应答信息；

(4)主机服务器收到的PLC及被控对象控制运行状态信息后，进行处理和分析，并存储；

(5)远程监控客户端从主机服务器远程获取存储的PLC及被控对象运行信息。

本发明为企业提供PLC无线远程监控系统，可以随时随地向车间现场的PLC发出控制信号，不受地域限制，及时准确地控制PLC运行；可以随时随地获取分布于车间现场的PLC及被控对象的控制运行状态，及时准确的指导工人进行PLC控制及生产过程调控，帮助管理者及时决策，从而提高工作效率，为企业降低生产成本。

本发明为企业减少成本，采用无线传感网络技术，简单灵活，克服了传统PLC总线连接方案中布线困难等问题，减少了部署和维护的成本；容易扩展，升级简单，可以在车间现有的PLC基础上进行实施，减少为PLC网络控制而进行的PLC硬件升级成本。

本发明的主机服务器与ZigBee协调器节点通过串口、USB或网口物理连接；ZigBee路由节点、PLC控制节点体积较小且采用无线方式联网，设备容易调整部署。ZigBee网络组建低成本、低功耗，使得PLC无线网络控制能够长期稳定地进行。

综上，本发明可以及时控制车间PLC运行，及时获取PLC及被控对象控制运行状态，及时应对突发状况，操作方便；可以根据状态信息指导工作人员作业及生产调度；PLC无线连接，不用布线，不用进行PLC硬件升级，部署方便；节点可移动，可以重复利用；网络组建成本低，网络功耗低；基于无线传感网络技术，易于维护和扩展。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明PLC控制节点结构示意图。

图3为本发明的系统工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

制造车间分布有众多的PLC控制器，它们在车间生产工业控制中起到重要作用。为了更好控制生产，希望能够随时随地的监控PLC。一般来说，控制器与PLC通过串口、USB等外围接口有线连接，不能实现远程、移动灵活控制；另一方面，也需要随时获得PLC及被控对象运行状态，控制生产过程。

如图1所示，本发明“PLC无线远程监控系统”包括一主机服务器、若干个远程监控客户端、一ZigBee协调器节点、若干个ZigBee路由节点、若干个PLC控制节点。

一方面，PLC控制信息由远程监控客户端经过远程发送至主机服务器，主机服务器进行相应的处理后通过串口、USB或网口将信息传输给ZigBee协调器节点，信息从ZigBee协调器节点通过ZigBee路由节点传输给PLC控制节点，PLC控制节点将控制信息通过串口、USB或网口传送给PLC，PLC则根据这一控制信息实施相应的控制操作；另一方面，当PLC及被控对象状态发生变化时，其控制运行状态信息，例如PLC启停状态、被控对象状态等，由串口、USB或网口传输给PLC控制节点，PLC控制节点发送控制运行状态信息，通过ZigBee路由节点传输给ZigBee协调器节点，ZigBee协调器节点再通过串口、USB或网口将相应的信息传输给主机服务器，由主机服务器对其进行处理，远程客户端在需要时候，远程从主机服务器获取并进行显示。

对于车间的每个PLC，通过串口、USB或网口外接PLC控制节点。PLC控制节点能够实时接收ZigBee协调器节点发送的控制命令并传递给PLC，也能够及时采集PLC及被控对象控制运行状态信息并将所采集的信息发送至ZigBee协调器节点。主机服务器和ZigBee协调器节点则每个系统只需各一个，两者通过串口、USB或网口通信。为保证无线网络稳定、畅通，或需要扩展系统时，根据车间大小、节点位置在相应位置部署ZigBee路由节点即可。另外根据工作人员监控需求，部署若干或固定型、或移动型远程监控客户端，可以和主机服务器之间进行远程信息交互。

其中，主机服务器为一普通PC机，主机服务器上安装有数据接收与处理系统，可以接收远程监控客户端发出的PLC控制命令和ZigBee协调器节点发送的PLC及被控对象控制运行状态信息。主机服务器能够和远程监控客户端进行远程信息交互；也能够通过串口、USB或网口与ZigBee协调器节点通信。主机服务器可以接收来自远程监控客户端的PLC控制命令，经过数据接收与处理系统处理后，向ZigBee协调器节点发送控制命令；也可以接收ZigBee协调器节点发送的PLC及被控对象控制运行状态信息，数据接收与处理系统进行PLC工作状态显示、被控对象运行过程实时表达、完整动作行程完成次数计量、被控对象状态切换记录等方面的分析处理存储，供远程监控客户端随时随地获取显示。

远程监控客户端可以是移动终端，可以是固定PC机，部署有专门的操作软件，提供可视化界面显示，能够和主机服务器进行远程信息交互。PLC监控者可以随身携带移动终端，随时随地、灵活机动地向PLC发送控制命令和获取PLC及被控对象运行信息，从而实现PLC远程泛在控制和PLC及被控对象运行信息远程获取。

ZigBee协调器节点组织建立无线传感网络，接受ZigBee路由节点和PLC控制节点加入无线网络，并维护网络中的这些节点，与PLC控制节点进行通信；ZigBee协调器节点通过串口、USB或网口与主机服务器通信，完成ZigBee协议与串口、USB或TCP/IP通信协议之间的转换。一方面将主机服务器传来的PLC控制命令通过所建立的无线网络传送给相应的PLC控制节点；另一方面将PLC控制节点发送的PLC及被控对象控制运行状态信息传输给主机服务器，供主机服务器进行分析处理。

ZigBee路由节点具有无线路由功能，能够接受PLC控制节点加入无线网络，转发信息，维持无线网络的稳定和畅通，扩展无线网络传输距离，扩展网络节点数量。

PLC控制节点结构如图2所示，包括控制处理模块、射频模块、数据传输模块、电源模块、按键模块。PLC控制节点的射频模块实现射频信号与电信号的转换并完成射频信号的发送与接收。控制处理模块实现节点功能控制，一方面控制节点加入ZigBee网络，另一方面实现通信协议转换。控制处理模块获取射频模块接收到的信息，进行通信协议转换后，将有效信息交由数据传输模块发送；从数据传输模块获得的外部输入，在控制处理模块处理转换后，由射频模块发送到ZigBee网络中。数据传输模块完成PLC控制节点与PLC的通信连接。电源模块实现PLC控制节点的能量供应。按键模块能够通过按键进行工作状态切换等控制。各模块共同实现以下功能：一方面PLC控制节点能够向PLC发送从协调器节点发送过来的PLC控制命令；另一方面，PLC将其控制运行状态信息传送给PLC控制节点，PLC控制节点接收到状态信息后及时通过无线网络发送至ZigBee协调器节点。

图3是本系统工作流程图，工作流程如下。

(1)PLC远程泛在控制

如图3(a)所示：

当需要对制造车间中的某个PLC或被控对象做出运行状态等方面的改变时，操作人员登陆远程监控客户端，在客户端提供的可视化操作界面上，进行相应的操作，使得远程监控客户端向主机服务器发送PLC控制命令。

主机服务器接收控制命令信息，主机服务器上的数据接收与处理系统在对控制命令信息进行处理之后，将其发送给ZigBee协调器节点。

ZigBee协调器节点对控制命令进行解析，然后通过ZigBee无线网络发送给对应的PLC控制节点。

PLC控制节点接收到控制命令后，及时地将其发送给与之相连的PLC，并向ZigBee协调器节点回复应答信息。

PLC根据接收到的控制命令做出响应。

(2)PLC及被控对象控制运行状态信息远程获取及显示

如图3(b)所示：

当PLC及被控对象的控制运行状态发生变化时，其状态信息通过串口、USB或网口传送给与之连接的PLC控制节点，PLC控制节点接收到信息后，进行数据打包处理，立即通过无线网络发送给ZigBee协调器节点。

ZigBee协调器节点收到PLC及被控对象控制运行状态信息后，将其发送至主机服务器，并向PLC控制节点回复应答信息。

主机服务器收到的PLC及被控对象控制运行状态信息后，由数据接收与处理系统进行处理和分析，并保存至数据库。

当需要得知PLC及被控对象控制运行状态信息时，工作人员登陆远程监控客户端，从主机服务器远程获取需要处理后的PLC及被控对象运行信息，并在远程监控客户端的可视化界面上显示，指导生产过程控制及生产调度。

本发明的各ZigBee设备体积较小，低能耗，且通过无线方式连接，容易调整部署，也易于扩展升级。部署时，先将PLC控制节点通过串口、USB或网口连接到PLC上，在合适的地方放置主机服务器和ZigBee协调器节点，再逐步放置和调整ZigBee路由节点使上述设备接入无线网络。若需要调整设备位置时，可先不必考虑联网需要而按其他需要调整设备位置，再调整ZigBee路由节点位置使其接入无线传感网络。若需增加设备，扩展无线传感网络，则同样先不考虑联网需要进行设备部署，再通过调整ZigBee路由节点将其接入无线传感网络。另外远程监控客户端主机服务器进行远程信息交互。

Claims (7)

1.一种PLC无线远程监控系统，包括主机服务器、远程监控客户端、ZigBee协调器节点、ZigBee路由节点、PLC控制节点，以及用于控制车间设备的PLC，其中，

所述PLC控制节点与所述控制车间设备的PLC连接通信，用以控制所述PLC并采集其运行状态信息；

所述主机服务器分别与远程监控客户端和ZigBee协调器节点通信，一方面用于将所述远程监控客户端的控制信息通过该ZigBee协调器节点发送给PLC控制节点，以控制所述PLC，另一方面接收PLC控制节点传输的PLC及其控制的车间设备的运行状态信息，以进行处理或传输给所述远程监控客户端；

所述ZigBee协调器节点用于控制由ZigBee路由节点组成的ZigBee无线传感网络，所述PLC控制节点与ZigBee路由节点连接通信，所述控制信息或运行状态信息通过所述ZigBee路由节点经无线传感网络在PLC控制节点和ZigBee协调器节点之间传输。

2.根据权利要求1所述的一种PLC无线远程监控系统，其特征在于，所述PLC控制节点包括控制处理模块、射频模块和数据传输模块，其中，所述射频模块与ZigBee路由节点连接通信，所述数据传输模块与PLC连接通信，所述控制处理模块对射频模块接收到的信息进行通信协议转换后，通过所述数据传输模块传输至PLC；另外，该控制处理模块将从数据传输模块获得的PLC数据进行处理转换后，通过所述射频模块发送到ZigBee无线传感网络中。

3.根据权利要求1或2所述的一种PLC无线远程监控系统，其特征在于，所述的主机服务器通过串口、USB和/或网口与ZigBee协调器节点通信。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种PLC无线远程监控系统，其特征在于，所述远程监控客户端可以是普通固定PC机，也可以是手持移动终端。

5.根据权利要求1-4之一所述的一种PLC无线远程监控系统，其特征在于，所述ZigBee协调器节点通过串口、USB和/或接口与主机通信，完成通信协议的转换，即ZigBee协议与串口、USB或TCP/IP通信协议之间的转换。

6.一种利用上述权利要求1-5之一所述的PLC无线远程监控系统对PLC进行控制的方法，包括如下具体步骤：

(1)远程监控客户端向主机服务器发送PLC控制命令；

(2)主机服务器接收控制命令信息并进行处理之后，将其发送给ZigBee协调器节点；

(3)ZigBee协调器节点对控制命令进行解析，然后通过ZigBee无线网络发送给对应的PLC控制节点；

(4)PLC控制节点接收到控制命令后，及时地将其发送给与之相连的PLC，并向ZigBee协调器节点回复应答信息；

(5)PLC根据接收到的控制命令做出响应。

7.一种利用上述权利要求1-5之一所述的PLC无线远程监控系统对PLC及其被控对象的控制运行状态进行监控的方法，包括如下具体步骤：

(1)PLC及被控对象的控制运行状态信息传送给与之连接的PLC控制节点；

(2)PLC控制节点接收到信息后，通过无线网络发送给ZigBee协调器节点；

(3)ZigBee协调器节点收到PLC及被控对象控制运行状态信息后，将其发送至主机服务器，并向PLC控制节点回复应答信息；

(4)主机服务器收到的PLC及被控对象控制运行状态信息后，进行处理和分析，并存储；

(5)远程监控客户端从主机服务器远程获取存储的PLC及被控对象运行信息。

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