基于PLC的工業(yè)控制系統和視頻監控系統設計

1 引言

在工業(yè)控制系統的設計和實(shí)施過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )有一些場(chǎng)合(如過(guò)船閘門(mén)控制、垃圾處理控制等)除了用工業(yè)監控軟件進(jìn)行工藝流程數據監控外，還需要配置專(zhuān)業(yè)的視頻監控系統，以使監控中心能夠直觀(guān)的、全面的掌握現場(chǎng)的實(shí)際情況，從而實(shí)現安全的遠程控制功能。傳統的做法一般是另外采用一套獨立的模擬信號視頻系統，如配置前端設備(含攝像機、鏡頭、云臺、解碼器等)、監視器和視頻操作鍵盤(pán);或者采用一套獨立的數字信號視頻系統，如配置前端設備、帶視頻采集卡的計算機、視頻監控軟件。由于視頻系統與工控系統相互獨立，往往在現場(chǎng)需要各自獨立布線(xiàn)，監控中心也需兩套監視和操作設備。但這兩套系統的最終目標都是為了實(shí)現遠程控制，所以操作用戶(hù)希望能夠在同一監控畫(huà)面上同時(shí)看到實(shí)時(shí)數據和圖像，以便及時(shí)根據現場(chǎng)情況進(jìn)行快速操作，并減少多種設備的日常操作和維護工作量，即能夠使工業(yè)控制系統和視頻監控系統最大程度地融合。

本文綜合運用工業(yè)控制和視頻監控兩種不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的最新技術(shù)，設計了一套完整的解決方案，可以在同一監控網(wǎng)絡(luò )中同時(shí)傳輸數據、視頻、控制信號，在同一計算機軟件的同一畫(huà)面中同時(shí)進(jìn)行工情和視頻監控，從而實(shí)現了工業(yè)控制系統與視頻監控系統真正意義上的“兩網(wǎng)合一”。

2 方案設計

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是目前工控領(lǐng)域的一個(gè)應用熱點(diǎn)，常用的 PLC產(chǎn)品一般可以配置以太網(wǎng)通訊模塊，同時(shí)常用的監控組態(tài)軟件也都可以通過(guò)以太網(wǎng)與PLC通訊，并且一些功能強大的組態(tài)軟件具備完整的編程環(huán)境，可以通過(guò)高級語(yǔ)言編程實(shí)現一般應用軟件的功能。網(wǎng)絡(luò )攝像機(或網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器)是目前視頻監控領(lǐng)域的一項新技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是把來(lái)自CCD攝像機的視頻信號采集后按照一定的壓縮標準(如MPEG4、H.264等)轉換為可在以太網(wǎng)上傳輸的數據包，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )攝像機(或網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器)具有不同的IP地址，網(wǎng)絡(luò )上的計算機可通過(guò)TCP/IP協(xié)議連接該攝像機(或服務(wù)器)，并通過(guò)軟件對數據包解壓縮還原為實(shí)時(shí)圖像。

本方案系統圖如圖1所示。采用SIEMENS S7-300 PLC進(jìn)行現場(chǎng)設備控制，配置有CPU模塊CPU314、以太網(wǎng)通訊模塊CP343-1和各種I/O模塊;視頻監控前端設備為兩套CCD攝像機、自動(dòng)光圈變焦鏡頭、云臺和解碼器，網(wǎng)絡(luò )數據處理采用二通道視頻輸入的網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器，它帶有與解碼器通訊的RS485端口和與攝像機連接的視頻輸入BNC端口，輸出為可連接到以太網(wǎng)的RJ45端口;監控計算機采用高性能的工控機，其監控軟件以GE Fanuc 公司的iFIX3.0作為開(kāi)發(fā)平臺，該組態(tài)軟件支持ActiveX控件、VBA編程和各種通訊協(xié)議，功能非常強大;通訊網(wǎng)絡(luò )采用100M以太網(wǎng)交換機，通過(guò)超五類(lèi)雙絞線(xiàn)連接計算機、PLC和視頻服務(wù)器。本系統實(shí)現的關(guān)鍵是在以太網(wǎng)上同時(shí)傳輸視頻信息和控制、數據信息，并在同一組態(tài)軟件中實(shí)現工情監控和視頻監控功能。

圖1 工控系統與視頻系統“兩網(wǎng)合一”方案系統圖

3 “兩網(wǎng)合一”的具體實(shí)現

(1) PLC組態(tài)和編程

在SIMATIC STEP7中進(jìn)行PLC硬件和網(wǎng)絡(luò )組態(tài)，以太網(wǎng)模塊的IP地址可設置為192.168.0.2，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。在DB塊中建立與上位機通訊用的變量，包括BOOL、INT等數據類(lèi)型。然后編制多個(gè)FC控制程序，通過(guò)MPI電纜下載到PLC中。