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摘要：针对传统设备管理模式下， 生产现场的单机设备管理效率低、维护成本高的问题， 设计并构建一种基于工业互联网的远程 监控系统。该系统由 PLC 和以太网通讯模块、映翰通 IR915 工业路由器和设备云平台、上位机和组态王软件， 以及瑞箭xArrow An⁃ droid 手机组态软件等构成; 通过对工业路由器进行联网配置， 上位机与现场设备 PLC 的远程维护通道的构建， 以及上位机 PC 端和 手机端监控画面的组态， 实现对现场设备的远程监控。将该系统应用于某项目设备全自动补强贴片机中进行验证。结果表明： 利 用该系统可实现现场生产设备的远程控制、数据实时监测和 PLC 程序远程维护; 该系统运行稳定， 使用方便; 对于工业自动化装 备制造企业以及使用单机生产设备进行产品制造的生产型企业， 进行设备的智能化改造， 推动生产模式转变和企业转型升级均具 有重要意义。
关键词：工业以太网,PLC,工业路由器,设备云平台,远程监控系统
Design of PLC Remote Monitoring System Based on Industrial Internet Yang Zhenyu， Zhong Yongrui， Luo Jintao， Xie Xiangji， Chen Qinwei
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Zhongshan Polytechnic, Zhongshan, Guangdong 528404. China)
Abstract: In view of the problems of low single equipment management efficiency and high maintenance cost in the traditional equipment management mode, a remote monitoring system based on industrial Internet was designed and constructed . The system was composed of PLC and ethernet communication module, InHand IR915 industrial router and equipment cloud platform, the host computer and configuration king software, and arrow xArrow Android mobile phone configuration software; through the networking configuration of the industrial router, the construction of the remote maintenance channel between the host PC and the field equipment PLC, and the configuration of the monitoring screen of the upper PC and the mobile phone terminal, the remote monitoring of the field equipment was realized . The system was applied to the automatic reinforcement patch machine for verification . The results show that by using the system, the remote control, real-time data monitoring and remote maintenance of PLC program can be realized; the system is stable and convenient; it is of great significance for industrial automation equipment manufacturing enterprises and single manufacturing equipment to make intelligent transformation of equipment and promote the transformation of production mode and enterprises .
Key words: industrial ethernet; PLC; industrial router; equipment cloud platform; remote monitoring system
引言：近年来， 各行业对现场设备的信息化、智能化要求 不断提高， 通过网络实现对生产设备的远程监测[1]， 将 生产设备通过工业互联网进行互联互通， 打破了设备和 使用者的距离限制[2]， 深刻推动了企业生产模式的不断 转变。
对现场设备进行远程监控具有多种路径， 工业以太 网以其成本低、组网简单、开放性好、技术支持广泛、 实时性高等优势， 成为目前应用最广泛的网络技术[3]。 朱丽青[4-5] 阐述了基于第三方云平台的远程监控系统和基 于组态软件的远程监控系统。宋蕊辰[6] 针对现场空压机 设备阐述了基于 PLC 和组态王所构建的监控系统。周 奎[7] 以工业交换机为主要通信设备， 构建以太网通信网络， 实现了集群型工业冷库的温度远程监控系统。王 峰[8] 提出了一种基于工业互联网的变频器远程监控系统， 通过工业网关和云平台组态构建 PLC 的远程监控系统。
本文针对传统生产管理模式下， 生产现场的各种单 机设备管理效率低、维护成本高的缺点[9]， 基于工业路 由器构建远程监控系统， 以实现生产设备的远程监控、 维护和智能化管理。目前工业路由器已广泛应用于物联 网产业链中的 M2M 行业， 并且生产厂家众多。本文采用 映翰通 IR915L 工业路由器及其云平台， 以及三菱 PLC、 以太网通信模块等硬件构建生产设备的以太网通信系统; 采用映翰通设备云、设备快线安全通道软件、组态王软 件以及西安瑞箭 xArrow Android 手机组态软件等， 设计 并实现现场设备在 PC 端和手机端的远程监控。
1 远程监控系统的设计构建
本文构建的远程监控系统包括上位机监控层、通信 组网层和底层设备控制系统共 3 层结构， 如图 1 所示， 现 场设备通过工业路由器接入网络， 在局域网内手机 App 和 WiFi 可以直接通信， 而在广域网内可以借助云平台通信[9]。
系统采用三菱 FX3U 系列 PLC 和 FX3U-ENET-ADP 以太网适配器， 上位机 PC 和底层 PLC 之间采用映翰通 IR900 工业路由器及其设备云平台进行连接， 以构建远 程通信。 FX3U-ENET-ADP 与映翰通工业路由器连接， 上位机通过网线或 WiFi 信号与工业路由器 InRouter915L 相连接。
通过 IR900 工业路由器， 可以借助以太网、 WiFi、 4G 等方式对 PLC 进行远程操作， 同时 IR900 工业路由器 也兼容 RS232 和 RS485 通信方式， 与三菱 PLC 实现无缝 对接。 InRouter915L 具有丰富的接口资源， 除多个 LAN 口和 WAN 口外， 还有 Console 端口和工业串行端口等， 利用 RS232 或 RS485 等连接串口设备， 以方便用户维护 设备。该设备控制端口可作为 TCP/UDP 客户端或服务端 跟其他终端相连， 可做到一机多用。
2 工业路由器的联网配置
映翰通支持有线联网配置、 WiFi 联网配置及无线 4G 联网配置。本文采用有线联网配置， 如图 2 所示， 工业 路由器 IR915L 的 FE0/1 连接到工厂生产监控室的本地路 由器， 自动获取 IP地址。
2.1 连接和登录路由器
将管理计算机的 IP地址与路由器的 FE 口 IP 地址设 置在同一网段内， 路由器有 5 个 FE 口， FE0/1 的 IP地址 默认为 192.168.1.1. FE1/1 、FE1/2 、FE1/3 和 FE1/4 的 IP地址默认均为 192.168.2.1. 子网掩码均为 255.255.255.0. 以下以 FE1/1 口用网线和电脑的网口相连为例。因此可 将电脑的 IP地址设置为 192.168.2.2. 子网掩码设置为 255.255.255.0. 运 行 Web 浏 览 器， 在 地 址 栏 输 入 “http： //192. 168.2. 1 ”并点击‘Enter’后即可跳转到登 录界面。
2.2 工业路由器的联网配置
进 入 路 由 器 配 置 页 面， 点 击 “ 快 速 向 导 - 新 建 WAN”， 接 口 选 择 fastethernet0/1 ， 类 型 为 动 态 地 址 ( DHCP )， 配置完毕点击应用并保存。配置后电脑即可 正常上网， 或通过“PING 探测”工具测试网页是否可 达， 如图 3 所示。
2 .3 WLAN 配置
在 Web 配置页面的左边一栏菜单点击“网络”， 然 后选择“WLAN 接口”， 接口类型有 3 种， 选择“接入 点”， SSID 就是 WIFI 的名称， 可以自定义名称， 选择 “AES”， 可设置 WiFi 密码。 InRouter915L 的连接设置界 面如图 4 所示。
2.4 设备云的配置
进入 Web 配置界面“管理”选项， 选择“设备远程 监控平台”， 并选择“网管平台”， 配置接入平台相关参 数。网管平台配置界面如图 5 所示。
通 过 浏 览 器 登 陆 InHand 云 主 页 (https://c. inhand. com.cn )， 注册并登录后， 即可见路由器设备显示“在 线”， 点击“设备”， 可以在“网关”界面设置网关的相 关信息如图 6 所示， 并添加下端的控制器， 如 PLC、触 摸屏等控制器， 如图 7所示。点击“控制器”选项选择 网口通信及机型“General Ethernet Equipment”， 编辑控 制器的名称及 IP地址。名称设置为“FX3U”， 机器 IP 设 置为“ 192.168.2.250 ”。
图 8 所示为 Ihand 设备云的登录界面， 登录后可对联 网设备和现场设备进行监控和维护。
3 现场设备的远程维护
3.1 上位机与设备云平台的通道连接
以 TCP/IP 方式接入， 通过映翰通设备快线软件可以 建立上位机与现场设备 PLC 的远程维护通道。如图 9 所示， 打开设备快线软件， 登陆并等待电脑和设备云平台 建立通道， 然后点击“网关设备”， 网页右侧会出现“通 道维护就绪”的开关， 点击“ ON”开关， 即可等待设备 云平台和现场设备成功建立通道。
3 .2 PLC 的以太网通信设置
在上位机设置 IP地址后， 可通过三菱 GX Works2 软 件进行 PLC 通信设置， 如图 10 所示。
在“PLC 参数设置”中选中“以太网端口设置”， 选 择 CH 通道， 设置 IP地址，“通信数据代码设置”选择 ASCII 码通信。 PLC 通过 MC协议进行通信， 点击“打开 设置”按钮， 打开方式选择“MC 协议”。
设置完成后， 即可实现现场设备 PLC 程序的远程上 下载， 对现场设备运行情况进行远程维护。
4 远程监控界面的设计与构建
4.1 上位机监控界面组态
现场生产设备的远程监控界面可以通过映翰通设备 云平台或第三方设备云平台进行组态和构建， 这种组态 构建在第三方的云端服务器上， 往往受限于第三方云平 台的组态功能以及通信数据的维护。本文系统采用国产 组态软件“King View”[10]进行上位机监控界面设计， 组 态王具有强大的组态功能， 人机界面友好且易于操作， 维护成本低[11]， 可移植性强， 非常有利于实现远程控制。
组态王通过虚拟串口软件与工业路由器设备配对连接， 通过虚拟串口向 4G RTU 设备发送检测和控制指令， 即 可实现对底层 PLC 设备的在线监控。
本文系统的上位机监控系统， 主要针对单机生产设 备。上位机监控系统功能模块主要包括： 用户登录模块、 自动控制模块、手动控制模块、参数设置与数据监测模 块、设备报警模块等， 如图 11 所示。为方便对单机生产 设备的监测与控制， 生产过程的关键数据设置于自动控制画面， 通过自动控制界面， 可以对现场设备进行复位、 启动和停止操作， 运行指示和数据监测。
4.2 手机端监控App 的组态
在工业 4.0 时代， 终端用户对生产设备的信息化和自 动化要求越来越高， 将工业生产设备无缝地融入到工业 数据网络， 通过手机对工业生产设备进行随时随地的数 据监测， 对工作过程进行运行监控， 已成为常态。
本设 计 采 用 西 安 瑞 箭 xArrow Android 手 机 组 态 软 件， 可实现手机端对现场设备的运行监控。 xArrow 瑞 箭是一款 SCADA/HMI 软件， 支持所有主流的设备通信 协议， 可与西门子、三菱、台达等 PLC 进行通信并读 取操作数据。在 PC 上设计制作监控界面工程， 即可将 工程直接下载到 Android 版的安装了 xArrow App 的手机 或平板设备上运行。图 12 所示为 xArrow 软件的工程管 理器。
5 应用实践与系统调试
将所设计的远程监控系统应用于双工作头全自动补强贴片机企业的开发项目， 并通过设备软件控制系统进 行测试与验证。
该全自动补强贴片机具有一个双工作头贴片机械手 和一个 FPCB 柔性线路板贴片平台， 通过视觉检测对一 次拾取的两个补强贴片的姿态角度进行检测和校正。设 备运行的远程监控界面如图 13 所示， 主要包括设备的启 动和停止控制， X 轴、 Y轴、R 轴伺服电机的原点复位以 及双工作头上两个贴片拾取角度的数据监控， 以及运行 指示与报警指示。图 14 所示为使用 xArrow APP 组态的手 机端监控界面。
系统运行调试时， 主要对设备的组成部分进行调试， 如上位机、工业路由器 IR915L 和现场设备 PLC 之间的通 信功能。首先， 对设备控制柜中的工业路由器 IR915L 进 行联网配置， 将它接入生产现场车间的本地路由器， 并 打开映翰通设备云， 设置网关信息， 添加和配置设备 PLC 控制器。然后， 通过映翰通设备快线平台， 建立上 位 机 与 现 场 设 备 PLC 的 远 程 维 护 通 道， 在 三 菱 GX Works2 编程软件中设置 PLC 的通信协议， 开始测试上位 机对现场设备 PLC 程序的远程上下载功能。最后， 在上 位机打开组态王软件， 对工业路由器 IR915L 进行配对连 接设置， 并通过自动控制监控界面， 对现场设备进行远 程监控的运行测试。
试验结果表明， 该系统实现了对全自动补强贴片 机的远程监控功能， 如设备的启动和停止及对贴片角 度等运行数据的监测， 并实现了对设备 PLC 程序的远 程上下载。
6 结束语
本文设计的基于工业互联网的远程监控系统硬件构 成简单、系统配置方便， 实现了对现场设备 PLC 的远程控制、设备维护和关键过程数据的实时监测， 实现了 PLC 程序的远程上下载， 便于设备工程师对设备进行运 行维护和程序更新。
本系统可用于自动化单机设备的远程智能控制， 也 适宜于生产型企业对现场车间的生产设备进行智能化改 造。经过实际项目的应用试验， 验证了该远程监控系统 运行稳定且控制简单方便， 大大降低了生产现场的人员 配置和维护成本。所构建的系统可以应用于工业现场生 产设备行业， 具有较高的实用价值。
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