萧力华

摘要：随着工业自动化的发展，许多企业生产过程实现了自动远程控制，然而某些生产场合必须配备视频监控作为辅助手段，才能全面直观地进行生产控制。传统的工业自控系统与视频监控系统无论从硬件还是软件都是相互独立的，使得控制人员在使用时必须在两个系统间来回操作，影响了生产效率。为此，本文设计了一套基于西门子PLC自控系统与视频监控的融合应用方案，在硬件上将视频监控接入到工业以太网，在软件上将视频监控接入到西门子WinCC组态软件中，从而实现PLC自控系统与视频监控系统的统一控制。

关键词：西门子PLC；视频监控；工业以太网；融合

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0006-02

随着分布式自控系统和工业以太网的发展，企业生产过程实现了远程数据监测与操控。然而某些生产场合还需要直观地了解现场情况，才能更好地进行生产控制，这就需要引入视频监控作为辅助手段。传统工业自控系统设计时往往没有考虑视频监控的引入问题，最终形成自控系统与视频监控系统的相互独立。两套系统在建设时都要独自布线，配置两套独立的操控设备与软件系统，这不仅增加了建设成本，也不满足控制人员在生产过程中的统一控制需求[1]。为此，本文设计了一套基于西门子PLC自控系统与视频监控的融合应用方案，实现自控系统数据、控制信号和视频监控信号在同一工业以太网中传输，视频监控融合到西门子WinCC组态软件中，最终达到统一控制的要求。本方案应用于东莞市第六水厂，具备较好的使用效果。

1 应用方案

西门子PLC自控系统与视频监控融合应用方案的系统拓扑结构如图1所示。在生产现场前端，西门子PLC模块、各种数据采集与控制设备通过硬件组态后接入工业以太网；同样，网络摄像机通过交换机连接到工业以太网，并使用NVR录像机对各摄像机进行录像。工业以太网采用环形拓扑结构，利用光纤线将各个生产现场和监控中心串连在一起。监控中心设置了一台监控计算机，其中安装了西门子WinCC组态软件。应用方案的关键是通过工业以太网同时传输西门子PLC系统的数据、控制信号和视频监控信号，并在同一监控计算机使用WinCC组态软件进行PLC系统监控和视频监控。

2 硬件组态

2.1 工业以太网

为了适应工业自控系统分布式发展方向，基于Ethernet技术的工业数据通信得到广泛应用，形成了适应工业控制的工业以太网技术。工业以太网具有实时、稳定可靠、抗干扰能力强、数据传输速度高，使用通用标准网络协议、兼容性好等特点。本方案使用SIXNET ET-9RS实时环交换机为基础的工业以太网，采用环形拓扑结构和光纤传输，实现网络路径冗余，不论哪一段链路发生故障，所有设备仍可互相通信。支持像TCP/IP，Internet（IP），UDP以及许多其它基于以太网的标准协议，与所有IEEE802.3标准兼容。本方案所有接入工业以太网的设备均使用TCP/IP协议进行数据传输[2]。

2.2 西门子PLC系统

西门子PLC系统采用主从站结构，主站采用S7-400 PLC，从站采用S7-300或S7-200 PLC，主站与从站、I/O模块通过现场总线连接。每个主站S7-400 PLC通过CP模块CP443-1连接到SIXNET ET-9RS实时环交换机后接入到工业以太网中。利用西门子SIMATIC STEP7对每个PLC站点进行硬件组态时，可在CP443-1中设置IP地址如192.168.0.2，子网掩码255.255.255.0，这样就可在WinCC组态时通过TCP/IP驱动建立与各个PLC站点的通信，建立相应的过程变量，从而实现PLC系统的数据监测和生产控制。

2.3 视频监控系统

视频监控设备采用支持TCP/IP协议的网络摄像机，包括可控制一体球机和普通摄像机。多个摄像机连接到具备POE供电的交换机，再连接到SIXNET ET-9RS实时环交换机后接入到工业以太网中。每个网络摄像机设置与西门子PLC系统相同IP段的不同IP地址如192.168.0.3，子网掩码255.255.255.0，这样就可在WinCC组态时通过IP地址连接到相应摄像机的监控画面。另外，使用NVR录像机对各网络摄像机进行监控录像，设置相应的IP地址和子网掩码，就能在WinCC组态中翻查录像。

2.4 监控中心

监控中心设置了一台高性能工控计算机，通过连接SIXNET ET-9RS实时环交换机后接入到工业以太网中，并在计算机系统中安装了西门子WinCC组态软件。计算机的网络设置与西门子PLC系统、视频监控系统相同IP段的不同IP地址，就能在WinCC组态软件中通过TCP/IP协议同时与PLC系统、视频监控系统进行数据通信。

3 系统组态与应用

为了实现在同一监控画面中进行PLC系统和视频监控系统的控制功能，需要通过监控计算机的西门子WinCC组态软件进行系统组态。该组态软件功能强大，可进行组态、编程和数据管理，形成操作监视控制画面、报警画面、实时和历史趋势曲线等，为操作者提供图文并茂、形象直观的操作环境。在本方案中使用WinCC组态软件建立西门子PLC系统的组态项目，开发常规工艺监控画面，使用TCP/IP驱动创建变量，数据采集归档，创建实时和历史趋势曲线等。为了将视频监控集成到常规工艺监控画面中，需要使用WinCC组态软件的ActiveX 控件[3]。

在WinCC图形编辑器中建立常规工艺监控画面，添加各种工艺流程所需的元件，完成常规工艺监控部分的开发。对于视频监控的集成开发，需在WinCC的ActiveX 控件中添加WinCC WebBrowser Control控件，使用该控件在常规工艺监控画面中画出一个合适的控件框。在该控件的“控件属性”中MyPage设置为需要连接的摄像机IP地址，如本方案中为http：//192.168.0.3，然后将其它属性Enabled、ShowStatus和ShowNavigation都设置为“否”。这样在打开常规工艺监控画面时，该控件就能自动连接所设置的IP地址指向的网络摄像机，显示现场视频画面。若使用普通不可控摄像机，控件只显示监控画面；若使用可控球机，控件还能显示台云控制部分。此外，还可使用该控件建立画面连接NVR录像机，从而可查询到各个摄像机的监控录像。在方案的实际应用时，以东莞市第六水厂西门子PLC系统与视频监控系统的融合为例，如图2所示。在投加系统中，将PLC设备和监控设备同时接入厂内工业以太网中，在WinCC中打开投矾工艺监控画面时，可以查看各种工艺参数和控制各种PLC设备，同时在画面右边可显示网格絮凝池和平流池的监控画面，以便观察投矾的混凝效果。

4 结语

随着工业自动化技术的发展，为了充分利用和整合资源，本文所设计的基于西门子PLC自控系统与视频监控的融合应用，共用了工业以太网，减少了建设投入，实现了在同一监控画面中集成了PLC自控系统的工艺监控和视频监控，满足控制人员的統一控制需求。经在东莞市第六水厂的实际应用，达到预期效果，可以作为建设参考。

参考文献

[1]陈忠平.西门子S7-300/400快速入门[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2]刘华波.组态软件WinCC及其应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]SIXNET工业以太网实时环交换机用户手册[Z].Last Rvised：20-Jul-06.