物联网云平台环境下的手机远程监控系统设计

第41卷第3期

PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATION

自　动　化　仪　表

Vol.41No.3Mar.2020

物联网云平台环境下的手机远程监控系统设计

(1.西北工业大学航海学院,陕西西安710072;2.西安国粮机械设备有限公司,陕西西安710018)

摘　要:污水处理系统的设备参数和设备状态是影响污水处理效果的重要因素。但是传统的污水处理监控系统只能在特定的地点对污水处理设备进行监控,使得监控系统的灵活性和实时性大大受限。针对传统污水处理监控系统灵活性低、实时性差的问题,设计了一种物联网云平台环境下的的手机远程监控系统。以手机微信为远程监控平台,物联网云平台作为数据传输桥梁,G781-DTU为数据传输单元,PLC为现场设备控制单元,对污水处理监控系统进行了软硬件的设计和开发,使该系统具备实时采集和存储多传感器节点信息、手机微信客户端实时显示系统组态画面和设备参数以及远程控制的功能。系统实测结果证实,该系统增加了灵活性和实时性,实现了手机微信客户端对污水处理系统设备的实时远程监控,能够较好地满足应用需求。同时,测试结果表明了物联网云平台与手机微信的结合必将成为未来物联网发展的方向。

关键词:污水处理;物联网;云平台;微信;G781-DTU;PLC;远程监控;组态画面;实时

冯　挺1,杜向党1,郭玉嘉1,惠亚光2,马　靖2

中图分类号:TH39　　　　文献标志码:A　　　　DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.2019110011

DesignofMobileRemoteMonitoringSystemundertheEnvironmentofIoTCloudPlatform

FENGTing1,DUXiangdang1,GUOYujia1,HUIYaguang2,MAJing2

(1.NavigationCollege,NorthwesternTechnicalUniversity,Xi’an710072,China;

2.Xi’anGuoliangMachineryEquipmentCo.,Ltd.,Xi’an710018,China)

Abstract:Theequipmentparametersandequipmentstatusofthesewagetreatmentsystemareimportantfactorsaffectingthesewagetreatmenteffect,butthetraditionalsewagetreatmentmonitoringsystemcanonlymonitorthesewagetreatmentequipmentatspecificlocations,whichmakestheflexibilityandreal-timeofthemonitoringsystemgreatlyaffected.limit.Aimingattheproblemsoflowflexibilityandpoorreal-timeperformanceofthetraditionalsewagetreatmentmonitoringsystem,amobilephoneremotemonitoringsysteminthecontextoftheInternetofthingscloudplatformwasdesigned.WithmobilephoneWeChatastheremotemonitoringplatform,theInternetofthingscloudplatformasthedatatransmissionbridge,G781-DTUasthedatatransmissionunit,PLCasthefielddevicecontrolunit,thesoftwareandhardwaredesignanddevelopmentofthesewagetreatmentmonitoringsystem,sothatthesystemhasReal-timeacquisitionandstorageofmulti-sensornodeinformation,mobileWeChatclientreal-timedisplayofdeviceconfigurationscreensanddeviceparameters,andremotecontrolfunctions.Thesystemtestresultsconfirmedthatthesystemaddedflexibilityandreal-timeperformance,andrealizedthereal-timeremotemonitoringofthesewagetreatmentsystemequipmentbythemobileWeChatclient,whichcanbettermeettheapplicationrequirements.Atthesametime,itshowsthatthecombinationoftheInternetofThingscloudplatformandmobilephoneWeChatwilldefinitelybecomethedirectionofthefuturedevelopmentoftheInternetofThings.

Keywords:Sewagetreatment;Internetofthings;Cloudplatform;Wechat;G781-DTU;PLC;Remotemonitoring;Configurationscreen;Realtime

0　引言

微信已经成为人们日常生活中不可或缺的应用软件,给人们的生活增加了很多便利性。随着工业4.0

收稿日期:2019-11-11

概念[1]的发展,传统的工业信息化已经慢慢在向物联网云平台[2]信息化转型,物联网云平台使传统工业设备更加智能化、安全化、高效化。将手机微信的便利性与物联网云平台相结合,将会是未来工业物联网发展

作者简介:冯挺(1994—),男,在读硕士研究生,主要从事工业自动化控制系统设计、测控技术等方向的研究,

E-mail:1143951145@qq.com;

杜向党(通信作者),男,博士,副教授,主要从事机电产品设计、检测技术等方向的研究,E-mail:duxiangdang@nwpu.edu.com

第3期　物联网云平台环境下的手机远程监控系统设计　冯　挺,等

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的主要方向之一。

本文将手机微信客户端和物联网云平台相结合,开发了一套基于物联网云平台的手机远程监控系统[3]逻辑控制器。系统将云平台作为数据共享平台(programmableG781-DTUlogiccontroller,PLC),现场可编程通过

客户端访问云平台与云服务器进行数据交互,实现与现场控制系统的数据交互,手机通过微信。

实际运行效果表明,该系统具有稳定性好、维护成本低、实时性高的优点。

1　物联网云平台

物联网云平台将具有感知、监控能力的各类传感器和控制器,以及移动通信、智能分析等技术融入到工业生产过程各个环节。该平台实现了从传统的工厂信息化到云端远程信息化的跨越,能够更高效地进行设备监控管理,生产资源调度,从而大幅提高生产效率,改善产品质量,降低产品成本和资源消耗,最终实现将传统工业提升到智能化工业[4]的新阶段。1.1　物联网云平台总体框架

物联网云平台总体框架如图1所示。该系统由综合识别与感知层、网络传输层、物联服务层和应用层这四个部分组成。综合识别与感知层功能,通过传感器、变频器和PLC实现对设备的数据采集和控制。网络传输层通过WiFi、4G或LoRa实现设备和云平台之间的数据交互。物联服务层为云平台,是应用层和设备之间数据交互和存储的平台。应用层使用手机或计算机访问云平台,最终实现应用层与综合识别感知层的数据交互。

图1　物联网云平台总体框架

Fig.1　TheoverallframeworkoftheInternetof

Thingscloudplatform

1.2　云平台组态数据发布方式

云平台作为数据交换和存储平台,要设计合理的工业组态数据发布方式,才能提高工业物联网云平台1.的效率和可靠性2.1　Web网页发布方式。

传统的工业组态软件的远程监控功能是通过Web

网页发布的方式实现的。先将设备数据发送到Web服务器进行网页发布,再通过特定网址访问Web服务器,以达到设备远程监控和动态显示的目的。这种方1.式软件开发工作量较大2.2　基于专业云平台数据发布方式,成本也较高。

为了降低开发难度,提高开发效率,出现了具有组态功能的面向物联网云平台———透传云平台。透传云是零编程快速实现远程监控的物联网云平

台,不仅具备存储、计算、开放的优点,而且具有云服务器组态功能,可以有效降低用户开发和维护成本。

本系统选择透传云平台进行组态软件开发,实现了基于云平台的数据共享。

2　手机远程监控系统总体设计

2.1　系统总体框架与组成

手机远程监控系统是由现场设备控制层、数据传输层、物联层和手机远程监控用户层组成。

系统总体框架如图2所示。

图2　系统总体框架

2.1.1　现场设备控制层

Fig.2　Systemoverallframework

PLC和计算机等现场设备控制层包括传感器。S7-200、机械设备、S7-200

PLC的作用是采集各种传

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自　动　化　仪　表

第41卷

感器的数据以及对设备的控制[5]一是作为现场人机交互界面的显示。;计算机的作用为二是作为OPC服:2.务器1.2　,实现数据传输层PLC与G781-DTU的间接通信。

数据传输层由G781-DTU组成,作为PLC与透传

2.云服务器之间数据交互的桥梁1.3　物联层

。

物联层由透传云服务器组成,其作为现场设备与

手机微信客户端之间的数据交互平台以及监控数据存2.储平台1.4　。

手机远程监控用户层由手机微信客户端组成手机远程监控用户层,其

作用是实现手机微信客户端与透传云服务器之间的数2.据交互2　通信协议设计

。

系统通信框架如图3所示。图3　系统通信框架

Fig.3　Systemcommunicationframework

系统通信框架包括底层设备层、驱动层、协议转换2.层和网络层2.1　底层设备层。

底层设备层是S7-2002.信协议2.2　。

PLC与计算机之间的S7通

驱动层

Siemens驱动层包括的通信驱动TCP/IPPC机与S7-200Ethernet和计算机与PLC之间的通信驱动

G781-DTU之间

2.2.3　协议转换层是协议转换层

ModbusslaveSerial。

G781-DTU[6]与透传云服务器之间数

据传输[7]2.2.4　Modbus网络层

RTU协议到ModbusTCP协议的转换。

网络层是手机微信通过4G网络实现与透传云服

2.务器之间的数据交互3　软件设计

。

手机远程监控系统软件由现场控制软件、透传云

2.组态软件和手机客户端软件组成3.1　现场控制软件包括现场控制软件

。

PLC控制软件和计算机组态

软件Intouch。现场控制软件采用Step7-Micro/WIN开发;用行状态以及工艺参数组态软件设计计算机组态画面;Kep器[8]PLC与G781-DTUServer软件作为,显示设备的运间接的数据交互OPC服务

2.3.2　实现透传云组态软件

S7-200。

透传云组态软件采用透传云管理系统网页开发,

使用云组态编辑器,设计手机微信客户端组态画面并2.显示设备运行状态和工艺参数3.3　手机客户端软件。

手机客户端软件为微信平台,手机微信客户端通

过透传云公众号实现与透传云服务器之间的数据交互。

3　透传云系统配置及软件开发

3.1　G781-DTU配置

实现G781-DTUG781-DTU配置有两个作用与计算机通信,二是通过配置注册包:一是通过配置串口

实现G781-DTU与透传云服务器通信。3.2　透传云服务器配置

透传云服务器的配置包括添加数据点和添加3.设备2.1　。

添加数据点的作用是使透传云服务器的变量地址

添加数据点

和PLC变量地址相对应。其起始地址按照Mod能码对应的寄存器起始地址填写。Modbus功能码对bus功

应的寄存器起始地址如表1所示。

Tab.表1　1　ModbusModbus功能码对应寄存器起始地址functioncodetotheregisterstartaddress

corresponding

Modbus01H或功能码05H寄存器起始地址

0000103H02H1000104H

或06H

40001　　数据点添加如图4所示。

30001

图4　数据点添加示意图Fig.4　Diagramofdatapointaddition

第3期　物联网云平台环境下的手机远程监控系统设计　冯　挺,等

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3.2.2　添加设备

G781-DTU通信。配置设备添加包括设备名称、设置通信密码、通信协议和采样频率。添加设备配置如图5所示。

添加设备的作用是使透传云服务器和特定的

5　结论

本文介绍了一套基于物联网云平台开发的手机远程监控系统。该系统融合了云技术、Internet技术、通信技术、计算机技术和数据存储技术。设备已经投入生产,运行效果良好。运行验证了该系统不仅具有可靠性高、实时性强和成本低廉的特点,而且具有随时随地通过手机微信客户端监控设备运行状态的优势。物联网云平台与手机微信的结合也将是未来物联网发展的必然趋势。

图5　添加设备配置示意图

3.3　透传云服务器组态画面设计

Fig.5　Diagramofadddeviceconfiguration

参考文献:

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透传云服务器提供云组态编辑器。通过组态编辑器设计手机微信客户端组态画面,设计过程简单,变量关联便捷,即只需要选择数据模板和数据点即可。3.4　手机微信客户端配置

手机微信客户端的配置是为了实现手机微信客户端与透传云服务器之间的数据交互。手机微信客户端适用于所有手机系统如IOS、Android[9]等,其配置过程如下。首先手机微信客户端关注透传云服务器公众号,然后进入公众号,登录用户名和密码,就实现了两者之间的数据交互。

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4　系统实现

系统经过硬件开发、软件开发、透传云服务器配置、G781-DTU配置和手机微信客户端的配置后,就实现了在手机微信客户端远程监控设备的功能。

(上接第71页)

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