工业数据无线采集方案的设计与开发

发布时间：2018-06-25

摘要：在当今无线通讯技术迅猛发展的时代，与铺设有线电缆或者租用专线等通讯方式相比，人们更倾向于将无线通讯应用于数据采集的系统中。本论文提出将PLC技术与通讯技术相结合，采用巨控GRM200G或研华WISE实现对远程工业数据的采集，并设计数据监控界面，从而实现远程工业数据的监控方案。希望该方案可为客户提供实时远程监控，可满足各类工业环境的数据采集，这将是一种全新的工业系统控制模式。
    关键词：无线通讯；PLC；GRM200G; WISE
    引言
    现代工业业生产中，人们采集数据的发展趋势呈现多样化、复杂化、细致化。在这一趋势的大背景下，数据采集需要面临不同的地理地貌，不同的大气环境等各种不同的状况，对于传统的有线传输的电缆铺设，如果拓展了工艺过程，则还需重新铺设电缆，而数公里有线电缆的铺设也是一项巨大工程；而且有线电缆的长时间使用，易受环境干扰，从而导致数据传输错误或延误；工业负责人在远程没有PC机状态下也试图想通过手机来监控现场T业过程等等问题。那么如何找到一些能够真正适应这些复杂状况，并且保证所采集的数据能够准确精细成了迫切需要铘决的问题。
    在这种需求下，无线数据采集技术应运而生。在工业中，采用无线数据采集方案可解决液位压力、流量、温度等传感器与控制机房的距离相对较远、采集环境复杂、铺设电缆成本较高等诸多问题，并能够极大的节约系统的施T成本、降低系统的维护费用。本论文分别基于巨控GRM200G和研华WISE设备设计了T业数据无线采集方案，这两套方案均可实现工业数据的无线采集。
    一、巨控GRM200G工业数据无线采集方案
    1.1巨控GRM200G无线通讯模块。巨控GRM200G无线通讯模块是一款可用于PLC远程监控的数据采集模块。此模块和PLC通过485总线通讯，可完成电脑组态软件远程监控PLC的功能。同时，它采用GPRS通讯技术，白带网上操作功能，单独一个模块就可实现对PLC的客户端远程控制。客户可在远端进行设备启停、参数设置、故障复位等操作。
    1.2巨控GRM200G特点及优势。GRM200G具有传统采集设备所不具备的特点与优势。如GRM200G支持的通讯协议十分广泛，常用的西门子、欧姆龙、三菱等通用PLC协议以及标准MODBUS协议均可使用；采用银行级别的数据加密技术，确保数据安全；抗干扰能力极强，可以直接在恶劣复杂的环境和大功率设备工控柜中使用；其他的优势还有无需再搭建服务器，不需要固定的lP或者动态域名，模块内置上网浏览功能，客户使用组态软件、手机或电脑就可以轻松完成PLC的无线监控等特点。
1.3巨控方案功能概述。采用巨控GRM200G的解决方案架构图如图1所示。

图1：巨控解决方案架构图

    本系统采用传统的上位机、下位机组合控制模式，不同之处在于上、下位机之间的通讯采用无线通讯和万维网实现。其中上位机采用具有上网功能的PC，下位机采用西门子PLC和欧姆龙PLC。将巨控通讯模块通过RS232/485等接口连接至PLC。通过通讯模块，PLC将所需要采集的信息发送至网关。通讯模块网关将所接收到的数据通过网络发送至各客户监控终端。客户通过各自终端，进行数据采集、控制、指令发送等操作。通过客户应用界面程序，客户可以直接进行实时监控。
    下位机功能：现场I／0通过PLC CPU接入系统，实现数据的采集和预处理，并根据上位机的指令对现场的工况进行判断、处理。利用PLC控制能力强、实时性好的特点来实现
对工业数据第一时间的采集和监控。实时对异常、故障等进行处理，并将设备的状态定时传送到上位机进行远程监视和拄制。PLC的编程通讯接口通过修改系统参数，实现自由通讯功能，PLC程序采用中断触发方式来实现PLC和通讯模块的通讯。
    上位机功能：人机界面采用基于windows平台的组态软件技术，展示设备的状态信息（运行、停止、正常、故障等）、现场数据、控制功能（实现控制功能的按钮等），设定信息（报警值修改、保存等）等信息的显示和控制。
二、研华无线采集方案
研华WISE系列产品是基于以太网的无线1/0模块，无需通过网关即可采集或者传输信息。因为无限定数量的I/O模块可以从传感器采集信息并连接到既有网络，这意味着该配置将更加简单便捷。产品内部可以继承HTML5文档，无需任何接人点，即可直接通过web浏览器在移动设备上进行访问和配置，同样，可通过调整程序以满足其特定需求，并减少工作量，实现用户的效率最大化。此外，产品的储存功能安全性强，用户可以把标记时间的数据发送到云平台或者缓存到模块中，如有通讯故障，未完成的数据也不会丢失。该方案会应用组态软件制定人机界面，负责现场的实时监控以及完成与数据服务器对接的任务。同时该方案会将采集到的数据发送给远程的数据库并上传云端进行备份，技术人员将维护各项操作流程，并对数据进行分析，最后将数据存储到工业库中。该方案架构图如图2所示。

图2：研发解决方案架构图

三、总结
本项目采用无线通讯技术和PLC相结合的系统模式来实现对工业数据无线采集与传输，其设计的创新点如下：(1)此硬件搭建方案可以不需要搭建服务器，客户使用组态软件便可完成分散在各地的PLC远程无线监控，手机或者电脑均可完成操作；(2)设计方案中采用的通信模块自身带有通讯口，模拟量输入，可以连接液位计、温湿度计等各类传感器或仪表，具有控制功能扩展特点；(3)本文提出的设计方案考虑了复杂的工业环境，可通过上传云端以及控制器自身的存倍备份等方式实现对工业数据的多重保障。

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