摘  要： 設(shè)計了一個智能立交橋融雪噴灑遠程監(jiān)控系統(tǒng)。以WinCC為上位機監(jiān)控核心，由研華模塊ADAM4068、ADAM4117為下位機的控制和采集模塊，由以太網(wǎng)轉(zhuǎn)485模塊來實現(xiàn)上位機與下位機的連接。西門子S7-200作為循環(huán)控制裝置，控制電磁閥的循環(huán)開閉。通過VPN技術(shù)實現(xiàn)遠程組網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。通過WinCC監(jiān)控界面來監(jiān)視下位機的數(shù)據(jù)情況并且實現(xiàn)對下位機電磁閥的控制，從而控制融雪劑的噴灑。

　　關(guān)鍵詞： 遠程監(jiān)控；WinCC；ADAM4068；ADAM1117；S7-200；VPN

0 引言

　　由于氣候原因，北方的絕大多數(shù)城市冬季易下雪，積雪堆積在公路、立交橋等路面，給行車安全帶來極大的隱患。立交橋路段特殊，人員清理不便，給車輛的行駛帶來了極大的不便和不安全。在立交橋上安裝噴灑融雪裝置噴灑融雪劑是一種保證交通行駛的安全、便捷、節(jié)省人力成本的有效除雪方法。本文所設(shè)計的智能立交橋融雪噴灑遠程監(jiān)控系統(tǒng)具有長遠控制能力，長時間無人值守運行穩(wěn)定，工作可靠，有效執(zhí)行噴灑動作，并采集現(xiàn)場溫度、液位、流量等數(shù)據(jù)上傳到上位機進行監(jiān)視。

1 結(jié)構(gòu)和功能介紹

　　圖1為整個系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。整個智能融雪系統(tǒng)包括遠程監(jiān)控服務(wù)器、VPN網(wǎng)絡(luò)通道、現(xiàn)場監(jiān)控的工控機、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)485模塊、延時模塊、電磁閥控制器、信號采集模塊和電磁閥。其中，遠程監(jiān)控服務(wù)器可以在遠端監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)遠程監(jiān)控；VPN通道可以連接遠端與現(xiàn)場，并且保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽?，實現(xiàn)了企業(yè)級的組網(wǎng)；現(xiàn)場工控機利用WinCC界面通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)485模塊對電磁閥控制器發(fā)出指令，監(jiān)控電磁閥的開關(guān)，從而監(jiān)控融雪劑的噴灑狀況；信號采集模塊將現(xiàn)場的溫度、流量、液位等數(shù)據(jù)發(fā)送到WinCC上，實現(xiàn)現(xiàn)場狀況的監(jiān)控；電磁閥是噴灑融雪劑的裝置，電磁閥打開則噴灑融雪劑，關(guān)閉則停止噴灑。

　　1.1 VPN網(wǎng)絡(luò)通道

　　虛擬專用網(wǎng)（Virtual Private Network，VPN）不是真正的專用網(wǎng)絡(luò)，卻能夠?qū)崿F(xiàn)專用網(wǎng)絡(luò)的功能。VPN是一種通過對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行封包和加密，在公網(wǎng)上傳輸私有數(shù)據(jù)，同時保證私有網(wǎng)絡(luò)安全性的技術(shù)。它兼?zhèn)淞斯W(wǎng)的便捷和專用網(wǎng)的安全，實現(xiàn)了利用公網(wǎng)通過加密等手段來實現(xiàn)單位組織的“專用網(wǎng)”。

　　本文利用juniper ssg 20路由和InRouter+600路由其中自帶的VPN功能實現(xiàn)IPSec隧道的組成，完成了在公共Internet中虛擬專用網(wǎng)的通道。網(wǎng)絡(luò)連接如圖2所示。

　　WinCC自帶了Web發(fā)布器，可以將畫面發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，從而利用IE瀏覽器進行遠程監(jiān)控[1]。但是，Web Navigator發(fā)布的頁面只能在局域網(wǎng)中進行瀏覽。VPN的IPSec隧道功能很好地解決這一問題。當虛擬專用網(wǎng)絡(luò)建立后，兩個網(wǎng)絡(luò)相當于建立了一個私有的局域網(wǎng)，這樣就可以很方便地監(jiān)控遠程的數(shù)據(jù)。在WinCC的用戶管理中設(shè)置用戶名及密碼，當遠端的服務(wù)器在IE中登錄現(xiàn)場的InRouter+600路由器的IP地址后就會出現(xiàn)圖3所示的登錄對話框，輸入用戶名和密碼后就可以看到現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和控制畫面，如圖4所示。

　　1.2 基于WinCC的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　WinCC的基本組件是組態(tài)軟件（CS）和運行系統(tǒng)軟件（RT）組態(tài)軟件，WinCC項目管理器構(gòu)成了組態(tài)軟件的核心，整個項目結(jié)構(gòu)將顯示在WinCC項目管理器中[2]。此時，也可對項目進行管理。從WinCC項目管理器中調(diào)用的特定編輯器用于組態(tài)用途。每個編輯器用于組態(tài)一個特定的WinCC子系統(tǒng)。本文用到了WinCC的子系統(tǒng)有圖形系統(tǒng)、用戶管理、全局腳本編輯、通信系統(tǒng)和Web Navigator組件等。

　　整個系統(tǒng)的硬件配置為：PC、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)485模塊、ADAM4068、ADAM4117、西門子S7-200、12 V電源模塊、路由器、溫度傳感器、液位傳感器和流量傳感器。

　　1.3 研華模塊ADAM4068和ADAM4117

　　ADAM4068是一款繼電器輸出模塊，提供8個繼電器通道，其中4個A型，4個C型。此模塊可以方便地使用Modbus協(xié)議進行遠程控制。開關(guān)可靠穩(wěn)定，實現(xiàn)電磁閥的通斷[3]。

　　ADAM4117是一款16位、8通道的模擬量輸入模塊，可以采集電壓、電流等模擬量信號，并且為所有的通道都提供了獨立的可編程輸入范圍。它支持8路差分信號，還支持Modbus協(xié)議。它還具有4 mA~20 mA、0~20 mA、 -20 mA~±20 mA等電流量程，當測量電流時，不需外接電阻，只需打開盒蓋，按照電路板上的標識來設(shè)置跳線即可。在工業(yè)測量和監(jiān)控中，它能夠用于惡劣環(huán)境中，工作可靠。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計要點

　　2.1 S7-200的編程以及與WinCC通信

　　S7-200的作用是實現(xiàn)電磁閥的循環(huán)開閉，用PLC實現(xiàn)循環(huán)可以減少WinCC系統(tǒng)的資源占用，使監(jiān)控系統(tǒng)反應(yīng)更加快速。在STEP 7中編寫梯形圖并建立變量表，將工程文件與變量表導入到PC Access中，然后在WinCC中添加OPC組態(tài)變量驅(qū)動連接，將PC Access中的變量添加到WinCC中。在WinCC中添加動作程序，周期觸發(fā)時間為500 ms。在組態(tài)畫面中添加按鈕，當觸發(fā)按鈕ON時，循環(huán)開始啟動；當觸發(fā)按鈕OFF時，循環(huán)停止。全局腳本程序流程圖如圖5所示。在STEP 7中編寫梯形圖，控制電磁閥循環(huán)開閉的時間。開閉時間分為3種，分別以大雪、中雪、小雪進行區(qū)分，雪的大小決定了電磁閥開閉的時間長短。工作人員可以根據(jù)雪的大小來決定電磁閥開關(guān)的循環(huán)時間。電磁閥開通循環(huán)后，如果工作人員想中途停止，可以點擊OFF按鈕。

　　2.2 WinCC組態(tài)

　　打開WinCC Explorer，新建一個單用戶系統(tǒng)，在項目管理器的變量管理中添加一個新的驅(qū)動，新的驅(qū)動程序選擇SIMATIC S7 Protocol Suit.chn和OPC.chn[4]。創(chuàng)建過程變量，將60個電磁閥的二進制變量添加進去。在OPC的驅(qū)動程序中添加系統(tǒng)參數(shù)，將PC Access中的變量導入到WinCC中。用WinCC的圖形編輯器創(chuàng)建過程畫面、組態(tài)動態(tài)畫面，將現(xiàn)場圖添加到組態(tài)畫面中，添加按鈕實現(xiàn)電磁閥的點控和循環(huán)控制，添加輸入輸出域來檢測現(xiàn)場的溫度、流量等物理值。主控機監(jiān)控畫面如圖6所示。

　　2.3 研華模塊調(diào)試

　　在使用研華ADAM4068時需調(diào)節(jié)地址號和通信協(xié)議，地址號與WinCC中設(shè)定相對應(yīng)，通信協(xié)議選擇Modbus通信協(xié)議。ADAM4117選擇電流檢測模式，與相應(yīng)的儀表輸出信號相對應(yīng)。

3 結(jié)論

　　智能立交橋融雪遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以改善冬天下雪后立交橋上的路面狀況，減輕了工人的勞動強度，保證了工人和駕駛?cè)藛T的安全。監(jiān)控人員可以在自己辦公的地方遠程操控融雪裝置的噴灑，節(jié)省了成本、提高了效率。目前該系統(tǒng)在試驗階段使用效果良好、運行穩(wěn)定。

　　參考文獻

　　[1] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

　　[2] 甄立東.西門子WinCC V7基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

　　[3] 邵濟舟.WinCC遠程監(jiān)控系統(tǒng)在盾構(gòu)機上的應(yīng)用[J].微型機與應(yīng)用，2012，31（17）：87-88，91.

　　[4] 韋軍.基于WinCC的空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].裝備應(yīng)用與研究，2008（17）：49-50.