黃健
摘 要:隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的發(fā)展以及“十三五”高速公路信息化的推進(jìn),高速公路的收費(fèi)、監(jiān)管、路政、運(yùn)維等方面還有很大的提升空間。高速公路隧道屬于機(jī)電設(shè)備相對集中的地點(diǎn),而且又是交通事故發(fā)生概率較大的地方,尤其是隧道火災(zāi)會嚴(yán)重威脅人的生命財(cái)產(chǎn)安全,對于其中設(shè)備的監(jiān)控及運(yùn)維就變得尤為重要了。該文主要簡述WEB瀏覽器結(jié)合PLC技術(shù)對于高速公路隧道監(jiān)控及運(yùn)維的解決辦法。
關(guān)鍵詞:可編程控制器 PLC BS架構(gòu) WEB 高速隧道監(jiān)控 運(yùn)維
中圖分類號:U458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)04(a)-0141-02
1 概述
1.1 PLC技術(shù)概述
PLC即可編程控制器(Programmable logic Controller),是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。
1.2 高速公路隧道機(jī)電控制概述
隨著高速公路在全國的大規(guī)模建設(shè),特別是許多長、特長隧道、隧道群的大量建設(shè),對于保證隧道安全運(yùn)行的隧道機(jī)電設(shè)施控制也越來越得到政府和行業(yè)主管部門的重視。而通過PLC實(shí)現(xiàn)的交通監(jiān)控技術(shù)作為運(yùn)營管理的重要技術(shù)手段,在交通管理、信息發(fā)布、交通誘導(dǎo)、事故預(yù)防及應(yīng)急救援等各個方面,發(fā)揮著十分重要的作用。相關(guān)的新技術(shù)、新設(shè)備不斷地得到應(yīng)用,對監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求更完善,性能要求也更高。
1.3 BS架構(gòu)概述
B/S架構(gòu)的全稱為Browser/Server,即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。Browser指的是Web瀏覽器。極少數(shù)事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn),主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。Browser客戶端、WebApp服務(wù)器端和DB端構(gòu)成所謂的三層架構(gòu)。B/S架構(gòu)的系統(tǒng)無須特別安裝,只要有Web瀏覽器即可。B/S架構(gòu)中,顯示邏輯交給了Web瀏覽器,事務(wù)處理邏輯在放在了WebApp上,這樣就避免了龐大的胖客戶端,減少了客戶端的壓力。因?yàn)榭蛻舳税倪壿嫼苌伲虼艘脖怀蔀槭菘蛻舳恕?/p>
1.4 B/S架構(gòu)的優(yōu)勢
(1)客戶端無需安裝,有Web瀏覽器即可。
(2)BS架構(gòu)可以直接放在廣域網(wǎng)上,通過一定的權(quán)限控制實(shí)現(xiàn)多客戶訪問的目的,交互性較強(qiáng)。
(3)BS架構(gòu)無需升級多個客戶端,升級服務(wù)器即可。
(4)隨著網(wǎng)頁語言以及瀏覽器的進(jìn)步,BS在表現(xiàn)能力上的處理以及運(yùn)行的速度上會越來越快,它的缺點(diǎn)將會越來越少,比如現(xiàn)今HTML5在圖形的渲染方面以及音頻、文件的處理上已經(jīng)非常強(qiáng)大了。
2 隧道機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)技術(shù)與運(yùn)維現(xiàn)狀
2.1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)組成
高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要由交通控制系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成。
不同省份及不同地區(qū)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)集成略有不同。例如有些地區(qū)將電力監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立出來?,F(xiàn)階段包括照明、電力監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警等系統(tǒng)的廠家,集成商也都有用來實(shí)現(xiàn)諸如照明系統(tǒng)的時(shí)序控制等功能的獨(dú)立的一套監(jiān)控軟件及相應(yīng)控制器。
2.2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀
在隧道監(jiān)控系統(tǒng)管理體系中,管理系統(tǒng)可分為遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)和區(qū)域控制系統(tǒng)兩部分。
遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)(監(jiān)控軟件)設(shè)置在監(jiān)控分中心或隧道管理所內(nèi)??梢酝ㄟ^相關(guān)通訊協(xié)議獲取相關(guān)子系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)信息。例如利用交通安全設(shè)備和環(huán)境信息采集設(shè)備、CCTV系統(tǒng)等設(shè)備采集的數(shù)據(jù)來獲取有關(guān)交通安全和環(huán)境異常狀況的信息,并由監(jiān)控軟件顯示。
區(qū)域控制系統(tǒng)主要為PLC+觸摸屏,可以實(shí)現(xiàn)對交通控制系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)等的集中控制及顯示。實(shí)現(xiàn)對各系統(tǒng)設(shè)備的單點(diǎn)及方案控制、火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動、照明時(shí)序控制、交通預(yù)案控制等功能。
目前大多數(shù)的監(jiān)控軟件選取的或是各種PLC相關(guān)的組態(tài)軟件,或者是基于CS架構(gòu)的監(jiān)控軟件。組態(tài)軟件所能實(shí)現(xiàn)的功能及顯示效果十分有限。相比于BS架構(gòu),CS架構(gòu)所擁有的優(yōu)勢在于:C/S架構(gòu)的界面和操作可以很豐富。安全性能可以很容易保證,實(shí)現(xiàn)多層認(rèn)證也不難。由于只有一層交互,因此響應(yīng)速度較快。但同時(shí)它的缺點(diǎn)也很明顯:需要安裝專門的客戶端軟件,兼容性差,開發(fā)、維護(hù)成本高,升級換代麻煩等。而隨著HTML5、CSS、JS、AJAX等技術(shù)的發(fā)展,BS架構(gòu)的優(yōu)勢也是越來越大,雖然不可能完全取代CS架構(gòu)的產(chǎn)品,但BS架構(gòu)的產(chǎn)品正逐步成為主流。
2.3 隧道機(jī)電運(yùn)維現(xiàn)狀
現(xiàn)今高速公路隧道機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)的現(xiàn)狀是日常巡檢人員只能發(fā)現(xiàn)表面上的問題。例如某組指示器熄滅。但對于故障原因的確定卻需花費(fèi)大量時(shí)間。故障可能來自監(jiān)控軟件本身的配置錯誤,或軟件崩潰、傳輸線路的問題、PLC模塊故障、繼電器損壞等諸多方面的問題。這會給維護(hù)人員帶來很多麻煩,故障點(diǎn)需要一一確定。如果想檢測PLC狀態(tài)又需要安裝相應(yīng)的PLC軟件。對于已經(jīng)交付的工程,找施工單位處理故障問題,無疑需要增加不小的開銷。所以,最大可能地減少中間環(huán)節(jié),簡化檢修方案,集監(jiān)控與維護(hù)功能為一體的監(jiān)控軟件變得很有必要。
3 WEB+PLC實(shí)現(xiàn)案例
此文只涉及Web頁面直接訪問PLC的CPU自帶的Web Server,對于其他需要開發(fā)Web服務(wù)端的系統(tǒng)不再贅述。選取高速公路隧道內(nèi)防火卷簾門的監(jiān)控、檢修功能作為示例。
3.1 軟、硬件組成
CPU:SIMATIC S7-1200 1214C;編程軟件:TIA Portal V13、Notepad++、Eclipse;瀏覽器:Chrome。
3.2 卷簾門案例
相比于市面上各種品牌的PLC產(chǎn)品,西門子PLC是國內(nèi)使用范圍最廣、功能相比較更加完備的一系列產(chǎn)品。S7-1200系列PLC所提供的Web Server已經(jīng)可以支持很大自由度的客戶自定義頁面的設(shè)計(jì)。同時(shí)本身又集成了對PLC狀態(tài)等的監(jiān)視功能。既可以實(shí)現(xiàn)對經(jīng)由PLC控制的高速公路隧道子系統(tǒng)的監(jiān)控,又可以極大地方便維護(hù)人員處理相應(yīng)的故障。
3.3 程序?qū)嵗?/p>
整套卷簾門控制程序由以下部分組成:主程序(負(fù)責(zé)調(diào)用功能塊循環(huán)執(zhí)行)。WebToCmd(功能塊,負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)化上升沿觸發(fā))。Gate_Control(門控制功能塊,負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)門控制功能)。MODBUS_TCP(功能塊,負(fù)責(zé)與上位機(jī)通訊)。WWW(功能塊,實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器功能)。
PLC程序可以根據(jù)實(shí)際需求定義變量表。一部分變量用于實(shí)現(xiàn)卷簾門邏輯控制,另一部分可以定義成直接關(guān)聯(lián)IO點(diǎn)位。通過Web程序進(jìn)行關(guān)聯(lián),用于運(yùn)維人員檢修。通過操作Web界面中的按鈕等來實(shí)現(xiàn)規(guī)避程序邏輯,直接控制輸出點(diǎn)位,從而控制相關(guān)設(shè)備,達(dá)到檢修目的。同時(shí)可以避免安裝種類繁多的PLC編程組態(tài)軟件,提高效率,簡化檢修過程。
在客戶Web頁面中,可以非常靈活地構(gòu)建監(jiān)控畫面。該例中應(yīng)用了HTML、CSS、JS、Jquery-Mobile的技術(shù)。相對于該例完全可以呈現(xiàn)更加豐富的畫面效果。除了可以在PC機(jī)上進(jìn)行顯示外,搭配相關(guān)技術(shù)還可以通過網(wǎng)絡(luò)在手機(jī)端監(jiān)測PLC的狀態(tài)并進(jìn)行控制。根據(jù)實(shí)際的需求非常靈活地進(jìn)行私人訂制。
3.4 西門子WEB服務(wù)器操作步驟
(1)通過瀏覽器訪問PLC的Web服務(wù)器,只需在瀏覽器中輸入http://PLC的IP地址:80/即可登入登錄界面。
(2)輸入用戶名,密碼進(jìn)入主界面。
(3)在變量狀態(tài)視圖中輸入PLC內(nèi)變量的名稱,ENTER鍵,即可監(jiān)視相應(yīng)變量信息。
(4)數(shù)據(jù)通信頁面可顯示PLC的IP地址、通訊雙方的連接類型、連接狀態(tài)、連接資源使用情況等信息。
(5)診斷緩沖區(qū)可以監(jiān)視PLC相應(yīng)事件的發(fā)生時(shí)間、事件原因,方便維護(hù)人員檢修。
(6)客戶頁面可以根據(jù)具體情況定制顯示頁面。示例顯示的為防火卷簾門控制頁面,僅作為說明使用。門的狀態(tài)由圖標(biāo)顯示,具體控制由按鈕制定。
3.5 案例分析
利用西門子PLC自定義的Web Server,可自由定義一個BS架構(gòu)的監(jiān)控、運(yùn)維解決頁面。一方面實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控,另一方面可根據(jù)具體需求私人訂制解決方案。例如:在頁面中定義直接關(guān)聯(lián)IO點(diǎn)位的元素,方便檢修維護(hù)人員直接避開PLC或上位機(jī)監(jiān)控軟件中的控制邏輯,同時(shí)不需要維護(hù)人員安裝各種品牌PLC產(chǎn)品的編程或組態(tài)軟件。這樣一方面極大地方便監(jiān)控與運(yùn)維;另一方面還可以繼續(xù)拓展升級,通過手機(jī)端實(shí)時(shí)監(jiān)測PLC運(yùn)行狀態(tài),讓監(jiān)控、運(yùn)維更加便捷,更加滿足高速公路信息化的需求。
4 結(jié)語
高速公路隧道監(jiān)控、運(yùn)維頁面的設(shè)計(jì)是讓相關(guān)人員及時(shí)、全面了解隧道內(nèi)的交通情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)公路運(yùn)行障礙并給予及時(shí)處理。Web頁面結(jié)合PLC的應(yīng)用,即解決監(jiān)控的需求同時(shí)解決現(xiàn)今檢修維護(hù)等方面的諸多不便,從而達(dá)到提高監(jiān)管效率、節(jié)約資源減少成本、提高總體經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的目的。
參考文獻(xiàn)
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