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摘要：随着互联网的全面普及、网络技术的快速发展，基于互联网的设备远程控制系统已经受到了各个领域的高度关注，以可编程逻辑控制器作为操作终端，结合互联网技术可以实现设备的远程控制。本文首先对PLC的工作原理、硬件组成作出阐述，然后结合实际案例，对基于PLC的设备远程控制进行了分析。
关键词：PLC；操作终端；设备远程控制
引言
自美国数字化设备公司在1969年研制出第一台可编程控制器以后，经过近50年的发展，可编程控制器在世界各国的各个领域中均得到了较为广泛的应用。随着我国工业的高速发展，适应现代工业发展需要的可编程逻辑控制器需要得到更深层次的应用。
1、PLC简介和硬件组成
1.1 PLC简介
PLC（ProgrammableLogicController）即可编程逻辑控制器，它是一种在工业领域中所引用的数字运算操作电子系统。利用可编程序存储器，PLC可以完成顺序运算工作、逻辑运算工作、定时工作、算数运算操作等多项工作，利用模拟式、数字式的输入、输出，可以对各类机械与生产的过程予以控制。此外，PLC还具有联网通信的功能，随着PLC在几十年的发展中，已经具备了模拟控制、远程数据采集等功能。循环扫描是PLC工作的主要方式，在对其进行扫描时，主要可分为2种状态，一是RUN（运行）状态，二是STOP（停止）状态，在执行程序过程中，可以将其分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段。在输入采样阶段中，PLC只是扫描输入端，在进入执行阶段后，将封锁输入端，直至输入下一个扫描周期才能进行重新采样；在程序循环扫描中，PLC采用串行方式，可以让继电器-接触器控制系统的时序失配、触点竞争问题得到避免；在输出刷新阶段，如果输出结果被用户程序多次赋值，那么只有最后的赋值有效。
1.2 PLC硬件组成
PLC的结构和微型计算机较为相似，主要包含了存储器、中央处理器、智能接口模块、输入/输出接口以及编程器。存储器主要负责存放用户程序、系统程序和工作时的数据，系统程序主要包含了系统管理程序、用户逻辑解释程序、监控程序等模块和相关参数；中央处理器在PLC中占有核心地位，为控制中枢，其主要功能是进行数学运算与逻辑运算，并对可编程逻辑控制器内部的工作进行协调控制；智能接口模块在PLC中占有独立地位，具有属于自己的存储器与处理器，利用PLC内部总线，可以在中央处理器的协调与管理下开展独立工作；输入/输出接口可以让现场的各种信号和可编程逻辑控制器相连，其具有一定的抗干扰能力，可以对此类信号进行处理；编程器主要是负责用户程序的生成，利用编程器，可以对用户程序进行编辑、检查与修改，可以对用户程的序执行状况进行监视。在电源方面，PLC会利用DC24V电源与AC220V电源，内部开关电源可以提供给各个模块具有差异电压等级的直流电源。
2、PLC特点分析
2.1结构简单。PLC实现了传统接线逻辑的优化，具有高度集成性，可依托于简单的接口以及多种符号完成对参数设定的表达，可操作性极强，应用技巧很容易被操作人员所掌握，只需掌握简单的编程逻辑就可实现对PLC的高效应用。另外，其在设计的过程中，可结合系统结构要求，完成对控制器体积的调整，结构简单可靠。
2.2抗逆性强。PLC技术利用集成电路，结构可靠性较强，多选用抗感染电路技术，且集成了监控报警器，其本身就具备较强的抗干扰能力，且依托于报警器，其在运行异常或产生故障的情况下，就会及时发出警报。PLC相较于传统继电装置，更适用于复杂的工业环境，此外可利用编写针对性程序实现对外部连接设备的有效监控与诊断，安全性与稳定性较高。
2.3易于维护。PLC的存储逻辑设计方法有效简化了内外部结构，反应灵敏性强，且结构相对简单，并设置有诊断与报警装置，这就为后期维护工作的有效开展提供了极大的便利。另外，由于其程序可及时修改，故有利于后期改造，能大幅降低检测与维护成本。
2.4语言模块化。PLC电子芯片的编程具有极高的模块化特点，可采用多种语言进行控制，以此为基础，编程人员只需利用熟悉的语言就可完成程序编译，不需要耗费大量时间再去学习专门的编程语言。另外，PLC不需要外接线与终端连接，指令下达与传输速度极快，对语言的识别能力极强【1】。
3、基于PLC的设备远程控制的应用
计算机网络技术的快速发展给控制系统领域带来了一些列变革，其与控制技术的融合诞生了网络控制系统。目前网络控制系统主要包括PLC网络，分散控制网络，现场总线网络以及工业以太网等。基于Internet的网络技术正在被广泛应用，同时伴随现场总线技术，信息交互中间件技术，组态软件技术，Web远程操作等技术的彼此交叉影响，为将传统控制系统推向更加智能化、多元化、集散化创造了条件。通用工业组态软件的集成度和兼容性越来越高，大大节省了工业控制系统的周期。作为一种专业编程和组态软件平台，组态软件支持多种通讯协议，并兼容众多工业产品，为用户实现多设备互联提供了有力支持。借助组态软件可快速开发出具有图形，图标，趋势曲线，实时数据库，报警信号，报表存储等功能的可视化控制界面，并可通过Web浏览器方便的实现远程监控，相关编程人员不需要掌握复杂的编程语言，只需要以类似“搭积木”的方式针对待设计的系统进行系统拼接，并完成简单的接口参数设置即可。伴随越来越多主流厂商的加入和主动开发其自身协议接口，相信组态软件在未来将被不断赋予新的内容。
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3.1案例概述
数字模型故障诊断方法建立在PLC下远程控制及故障诊断系统的数据采集技术基础上，对系统的可测量运行信息和数学模型先验知识故障信号进行对比检测，是数字模型故障诊断方法的主要特点。在远程控制及故障诊断系统的实际应用过程中，人们可以将数字模型故障诊断放大地看作是一种分离系统故障的诊断方法。实际应用阶段，残差产生阶段和故障决策阶段是数字模型故障诊断方法包含的两大主要故障处理阶段。残差产生阶段，远程监控及故障诊断系统可以借助控制系统的输入信号残差和输出信号残差，对整个系统可能出现的故障进行分析。如果输入信号残差值和输出信号残差值均为0，表明系统在实际运行过程中并没有出现故障。在残差被检测出存在故障后，数字模型故障诊断方法会转入故障决策阶段。此时，人们可以借助阈值设定及统计决策模型中的一些特定概率比，确定故障的解决方案，并在此基础上完成数据模型故障PLC远程控制诊断工作。
3.2硬件系统设计
该系统采取硬件主要包含了S7-200PLC控制器、中间继电器与断路器。在选择PLC控制器时，其型号为CPU224CN（AC/DC/RLY）型，此种PLC集成了10位数字量输出模块与14位数字量输入模块，可以对系统I/O点设计要求予以满足。同时，PLC集成输出点本身具有较强的负载能力，可以对中间继电器线圈予以直接驱动。此外，该系统集成了24VDC输出，可以提供给传感器动力电源。
PLC控制器包含1个RS-485通信接口，可以对MPI从站、PPI主站与自由口协议予以支持。设置数字量输出模块SM322，利用硬接线的形式进行输出，对设备启停进行有力控制，同时设置通讯模块CP341，为串口通讯处理器模块，利用硬件接口形式，可以和压缩空气站内的智能电力仪表共同形成MODBUS通讯网络，以对电力参数进行采集，同时，利用以太网处理器模块CP343-1可以让上位监控计算机和PLC控制器联网得以完成。
利用PC-PPI电缆，可以让硬件与上位机通信得以实现，可以不受时间的限制进行上载并修改参数，利用集成DO接口，可以对中间继电器输出开关量予以驱动，空压站MAM-880微电脑控制器1，3端子与其交互控制，进而让设备远程控制得以实现。MAM-880微电脑控制器开关量输入接口可以被此多用途远程控制系统进行调用，利用程序算法可以让开关量信号得以输出，进而让空压站远程7工序得到独立的开启与停止，同时可以让特殊工序得到延缓关闭。信号的发送与具体的控制在软件系统设计中有补充描述。空压站主电机接触器辅助触点输入系统，其运行的反馈信号具有较强的可靠性、稳定性，可以让PLC控制器与人对空压站运行性状态进行有效的识别、判断。
3.3软件系统设计
在该系统中，主要编程软件为西门子公司STEP7-MicroWINV4SP3，该编程软件为结构化设计，具有较强的程序可读性，在对其进行调试与维护时较为方便。
3.3.1常规工序软件
系统利用主程序，可以采集各个I/O接口的相关数据，利用一定的程序算法，可以识别空压站相关设备状态、设定延时时间、判断停机条件。如果空压站处于启停状态，那么拨动钥匙开关，PLC能够对开关量信号输入加以检测，据统计，在扫描周期内，PLC会触发输入寄存器I0.x动作，而内部寄存器会被逻辑流触发Mx.0，进而让输出寄存器Q0.x得以触发，让24VDC工作指示灯得到驱动。利用内部寄存器Mx.O可以让启停指令传递至空压站的启停程序网络中，通过上升沿P指令，可以在网络中对启动信号进行检测，通过下降沿N指令可以在网络中对停机信号进行检测，进而让寄存器Qx.0控制中间继电器驱动输出，MAM-880微电脑控制器会得到发送的启停信号，进而对空压站进行远程启动操作或远程停止操作。
3.3.2特殊工序软件
为让空压站延时停机功能得以实现，利用计数器Cx和100ms时基T3x定时器组合应用的控制程序，增计数指令（CTU）会因为T3x定时器常开触点而在各个（CU）输入上升沿从当前值进行计数，直到其达到预设值（PV）。在计数过程中，定时器时基会转变为计数器现阶段计数值和时基、PT的积。当前工序正在运行、计数器预设值（PV）是计数器复位的两个重要条件，有一成立即满足复位条件，计数器可复位。利用计数器Cx逻辑输出，内部控制器Mx.O会被Cx常闭触点控制，进而让寄存器Qx.0得以延时控制输出，进而让设备远程延时控制得以实现。
在特殊工序软件设计时，在启停方面的基本原理和常规工序软件具有一致性，在对停机信号进行检测时，需使用下降沿指令N，如果发现有停机信号存在，那么会通过SM0.5指令来让脉冲产生，进而对工作指示灯进行控制，让其闪烁，其闪烁频率为次/0.5s，直到停机。判断停机条件可以让空压站运行得以停止，需要观察其停机要求是否被满足，是否还有工序正在执行，只有所有工序都发出了停机的信号，只有取反NOT指令，控制程序逻辑才能够让停机检测与停机控制得以实现。软件控制流程可以概括为：远程控制→启动→启动反馈→运行→延时停机→停机指令→停机要求判断→停机。通过SM0.5指令，系统可以产生0.5s的持续脉冲，利用计数器Cx、定时器TON与TOF可以完成组合设计，进而让差异化的时基延时设定得以实现，取负跳变指令ED与反NOT指令，可以让逻辑对停机要求进行判断。为让空压站硬件设备在程序控制中得到保护，在本文所说基于Plc的设备远程控制中采用了互锁软保护设计与启停指令延时设计，可以让软件和硬件之间的损坏与冲突得到有效规避，进而让系统的可靠性得到增强。经过实际运行检测，可以发现此种基于可编程逻辑控制器PLC的压缩空气站远程控制系统，在实际运行中，可以做到相互独立、远程启停与延时停机，可以对空压站进行便捷控制，进而让能耗得到降低，且在工作过程中为无人值班状态，能让整体工作效率得到提升【2】。
结语
综上所述，利用S7-200PLC控制器、中间继电器与断路器等设备，可以完成PLC设备远程控制硬件设计工作，利用STEP7-MicroWINV4SP3编程软件可完成软件系统设计，进而让基于PLC的压缩空气站设备远程控制系统得以实现。在实际应用中，需要结合现实需要情况进行设备选型、编辑程序，以此来构建远程控制系统，提升整体的工作效率。
参考文献
[1]张敬,赵先林,陈曦,刘瑞通.基于WEB的PLC远程对象控制实验[J].湖南理工学院学报(自然科学版),2010,23(03):39-42.
[2]彭杰.PLC在工控系统远程通信中的应用[J].电脑知识与技术,2005(35):89-91.
论文作者:徐晓平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/30
标签：控制器论文; 程序论文; 系统论文; 信号论文; 设备论文; 指令论文; 逻辑论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;