摘 要： 設計了一個智能立交橋融雪噴灑遠程監控系統。以WinCC為上位機監控核心，由研華模塊ADAM4068、ADAM4117為下位機的控制和采集模塊，由以太網轉485模塊來實現上位機與下位機的連接。西門子S7-200作為循環控制裝置，控制電磁閥的循環開閉。通過VPN技術實現遠程組網，保證數據傳輸的安全性。通過WinCC監控界面來監視下位機的數據情況并且實現對下位機電磁閥的控制，從而控制融雪劑的噴灑。
關鍵詞： 遠程監控；WinCC；ADAM4068；ADAM1117；S7-200；VPN
0 引言
由于氣候原因，北方的絕大多數城市冬季易下雪，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、節省人力成本的有效除雪方法。本文所設計的智能立交橋融雪噴灑遠程監控系統具有長遠控制能力，長時間無人值守運行穩定，工作可靠，有效執行噴灑動作，并采集現場溫度、液位、流量等數據上傳到上位機進行監視。
1 結構和功能介紹
圖1為整個系統的系統架構圖。整個智能融雪系統包括遠程監控服務器、VPN網絡通道、現場監控的工控機、以太網轉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，遠程監控服務器可以在遠端監控現場設備，實現遠程監控；VPN通道可以連接遠端與現場，并且保證數據傳輸的安全可靠，實現了企業級的組網；現場工控機利用WinCC界面通過以太網轉485模塊對電磁閥控制器發出指令，監控電磁閥的開關，從而監控融雪劑的噴灑狀況；信號采集模塊將現場的溫度、流量、液位等數據發送到WinCC上，實現現場狀況的監控；電磁閥是噴灑融雪劑的裝置，電磁閥打開則噴灑融雪劑，關閉則停止噴灑。
1.1 VPN網絡通道
虛擬專用網（Virtual Private Network，VPN）不是真正的專用網絡，卻能夠實現專用網絡的功能。VPN是一種通過對網絡數據進行封包和加密，在公網上傳輸私有數據，同時保證私有網絡安全性的技術。它兼備了公網的便捷和專用網的安全，實現了利用公網通過加密等手段來實現單位組織的“專用網”。
本文利用juniper ssg 20路由和InRouter+600路由其中自帶的VPN功能實現IPSec隧道的組成，完成了在公共Internet中虛擬專用網的通道。網絡連接如圖2所示。
WinCC自帶了Web發布器，可以將畫面發布到網絡上，從而利用IE瀏覽器進行遠程監控[1]。但是，Web Navigator發布的頁面只能在局域網中進行瀏覽。VPN的IPSec隧道功能很好地解決這一問題。當虛擬專用網絡建立后，兩個網絡相當于建立了一個私有的局域網，這樣就可以很方便地監控遠程的數據。在WinCC的用戶管理中設置用戶名及密碼，當遠端的服務器在IE中登錄現場的InRouter+600路由器的IP地址后就會出現圖3所示的登錄對話框，輸入用戶名和密碼后就可以看到現場的數據和控制畫面，如圖4所示。
1.2 基于WinCC的系統網絡結構
WinCC的基本組件是組態軟件（CS）和運行系統軟件（RT）組態軟件，WinCC項目管理器構成了組態軟件的核心，整個項目結構將顯示在WinCC項目管理器中[2]。此時，也可對項目進行管理。從WinCC項目管理器中調用的特定編輯器用于組態用途。每個編輯器用于組態一個特定的WinCC子系統。本文用到了WinCC的子系統有圖形系統、用戶管理、全局腳本編輯、通信系統和Web Navigator組件等。
整個系統的硬件配置為：PC、以太網轉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協議進行遠程控制。開關可靠穩定，實現電磁閥的通斷[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置跳線即可。在工業測量和監控中，它能夠用于惡劣環境中，工作可靠。
2 監控系統的軟件設計要點
2.1 S7-200的編程以及與WinCC通信
S7-200的作用是實現電磁閥的循環開閉，用PLC實現循環可以減少WinCC系統的資源占用，使監控系統反應更加快速。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組態變量驅動連接，將PC Access中的變量添加到WinCC中。在WinCC中添加動作程序，周期觸發時間為500 ms。在組態畫面中添加按鈕，當觸發按鈕ON時，循環開始啟動；當觸發按鈕OFF時，循環停止。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。工作人員可以根據雪的大小來決定電磁閥開關的循環時間。電磁閥開通循環后，如果工作人員想中途停止，可以點擊OFF按鈕。
2.2 WinCC組態
打開WinCC Explorer，新建一個單用戶系統，在項目管理器的變量管理中添加一個新的驅動，新的驅動程序選擇SIMATIC S7 Protocol Suit.chn和OPC.chn[4]。創建過程變量，將60個電磁閥的二進制變量添加進去。在OPC的驅動程序中添加系統參數，將PC Access中的變量導入到WinCC中。用WinCC的圖形編輯器創建過程畫面、組態動態畫面，將現場圖添加到組態畫面中，添加按鈕實現電磁閥的點控和循環控制，添加輸入輸出域來檢測現場的溫度、流量等物理值。主控機監控畫面如圖6所示。
2.3 研華模塊調試
在使用研華ADAM4068時需調節地址號和通信協議，地址號與WinCC中設定相對應，通信協議選擇Modbus通信協議。ADAM4117選擇電流檢測模式，與相應的儀表輸出信號相對應。
3 結論
智能立交橋融雪遠程監控系統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，保證了工人和駕駛人員的安全。監控人員可以在自己辦公的地方遠程操控融雪裝置的噴灑，節省了成本、提高了效率。目前該系統在試驗階段使用效果良好、運行穩定。
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.
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[3] 邵濟舟.WinCC遠程監控系統在盾構機上的應用[J].微型機與應用，2012，31（17）：87-88，91.
[4] 韋軍.基于WinCC的空壓機遠程監控系統研究[J].裝備應用與研究，2008（17）：49-50.