基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1 引言

在工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)施過程中，經(jīng)常會有一些場合(如過船閘門控制、垃圾處理控制等)除了用工業(yè)監(jiān)控軟件進(jìn)行工藝流程數(shù)據(jù)監(jiān)控外，還需要配置專業(yè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以使監(jiān)控中心能夠直觀的、全面的掌握現(xiàn)場的實(shí)際情況，從而實(shí)現(xiàn)安全的遠(yuǎn)程控制功能。傳統(tǒng)的做法一般是另外采用一套獨(dú)立的模擬信號視頻系統(tǒng)，如配置前端設(shè)備(含攝像機(jī)、鏡頭、云臺、解碼器等)、監(jiān)視器和視頻操作鍵盤;或者采用一套獨(dú)立的數(shù)字信號視頻系統(tǒng)，如配置前端設(shè)備、帶視頻采集卡的計算機(jī)、視頻監(jiān)控軟件。由于視頻系統(tǒng)與工控系統(tǒng)相互獨(dú)立，往往在現(xiàn)場需要各自獨(dú)立布線，監(jiān)控中心也需兩套監(jiān)視和操作設(shè)備。但這兩套系統(tǒng)的最終目標(biāo)都是為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，所以操作用戶希望能夠在同一監(jiān)控畫面上同時看到實(shí)時數(shù)據(jù)和圖像，以便及時根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行快速操作，并減少多種設(shè)備的日常操作和維護(hù)工作量，即能夠使工業(yè)控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)最大程度地融合。

本文綜合運(yùn)用工業(yè)控制和視頻監(jiān)控兩種不同專業(yè)領(lǐng)域的最新技術(shù)，設(shè)計了一套完整的解決方案，可以在同一監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中同時傳輸數(shù)據(jù)、視頻、控制信號，在同一計算機(jī)軟件的同一畫面中同時進(jìn)行工情和視頻監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)真正意義上的“兩網(wǎng)合一”。

2 方案設(shè)計

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是目前工控領(lǐng)域的一個應(yīng)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，同時常用的監(jiān)控組態(tài)軟件也都可以通過以太網(wǎng)與PLC通訊，并且一些功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件具備完整的編程環(huán)境，可以通過高級語言編程實(shí)現(xiàn)一般應(yīng)用軟件的功能。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(或網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器)是目前視頻監(jiān)控領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是把來自CCD攝像機(jī)的視頻信號采集后按照一定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG4、H.264等)轉(zhuǎn)換為可在以太網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，每個網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(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(jī)可通過TCP/IP協(xié)議連接該攝像機(jī)(或服務(wù)器)，并通過軟件對數(shù)據(jù)包解壓縮還原為實(shí)時圖像。

本方案系統(tǒng)圖如圖1所示。采用SIEMENS S7-300 PLC進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)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(jiān)控前端設(shè)備為兩套CCD攝像機(jī)、自動光圈變焦鏡頭、云臺和解碼器，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)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(jī)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(jiān)控計算機(jī)采用高性能的工控機(jī)，其監(jiān)控軟件以GE Fanuc 公司的iFIX3.0作為開發(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(qiáng)大;通訊網(wǎng)絡(luò)采用100M以太網(wǎng)交換機(jī)，通過超五類雙絞線連接計算機(jī)、PLC和視頻服務(wù)器。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是在以太網(wǎng)上同時傳輸視頻信息和控制、數(shù)據(jù)信息，并在同一組態(tài)軟件中實(shí)現(xiàn)工情監(jiān)控和視頻監(jiān)控功能。

圖1 工控系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)“兩網(wǎng)合一”方案系統(tǒng)圖

3 “兩網(wǎng)合一”的具體實(shí)現(xiàn)

(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(shè)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(jī)通訊用的變量，包括BOOL、INT等數(shù)據(jù)類型。然后編制多個FC控制程序，通過MPI電纜下載到PLC中。