西门子PLC系统与视频监控系统融合应用研究

　　摘要：西门子PLC系统是小型化可编程控制器，适用于各个行业各个场合的自动检测、监控、遥控，西门子PLC系统强大的功能使其在单一运行，或与视频监控系统融合运行均可完成复杂控制任务。因此，文章以西门子PLC系统与视频监控系统融合应用为切入点，以西门子PLC S7-200smart为例，在简单介绍西门子PLC系统运行功能的基础上，对西门子PLC系统与视频监控系统融合应用方案的过程和效果进行了进一步探究。

　　西门子PLC系统是由德国西门子公司生产的可编程控制器，具有标准化、速度快、体积小、高性能等优良特点。特别是在西门子PLC系统与视频监控系统融合应用过程中，不需要采用大量连接电子元件、或者活动元件，仅需采用功能表图或功能控制插件描述编程语言，就可以实现自动监控。基于此，对西门子PLC系统与视频监控系统融合应用过程进行适当分析具有至关重要的意义。

　　1.西门子PLC系统与视频监控系统融合应用方案

　　西门子PLC控制系统与视频监控融合主要是在生产现场前端，通过硬件组态的方式，将西门子PLC控制系统、不同类型数据采集与控制设备与工业以太网连接。同时通过交换机，将网络摄像机连接到工业以太网中，并利用NVR录像机（网络视频录像机，为网络视频监控系统的存储转发部分，可与视频编码器或网络摄像机协同工作），对工业以太网所连接的不同类型摄像机进行监控录像。

　　2.西门子PLC系统与视频监控系统融合应用过程

　　2.1硬件组态

　　硬件组态是西门子PLC控制系统与视频监控系统融合的首要环节，包括工业以太网、西门子PLC控制系统、视频监控系统、监控中心4个模块。

　　（1）在工业以太网硬件组态时，依据互联网时代工业自动系统分布式发展趋势，可以优先选择基于Ethernet技术（以太网集线器，包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议等内容）的工业数据通信体系，构建与工业控制需求相适应的工业以太网技术体系。同时依据抗干扰性强、稳定可靠、实时通信、高效传输、兼容性好的原则，以实时环网SWITCH（开关语句，计算机语言，用于语句判断）快速容错的工业以太网交换机为基础，运用通用标准网络协议，构建环形拓扑结构、光纤传输、且可实现网络路径冗余的工业以太网。在该工业以太网中，任意一链路出现故障时，全部支持基于TCP/IP（传输控制协议/网际协议）以太网标准协议的设备均可相互传递信息。

　　（2）在西门子PLC控制系统设置过程中，主要采用主从站结构，主站采用西门子PLC S7-200smart，从站采用西门子smart-LINE700IE，主、从站间均通过现场总线连接。每一主站可通过CP模块与实时环网SWITCH快速容错的工业以太网交换机、工业以太网连接。利用实时环网SWITCH快速容错的工业以太网交换机，可以对每一西门子PLC站点进行组件控制及IP地址、子网掩码设置。

　　（3）视频监控设备主要采用支持以太网标准协议的网络摄像机（普通摄像机、一体球式摄像机）。普通摄像机、一体球式摄像机均可连接至具备POE电源（现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，为一些如无线局域网接入点AP、IP电话机、网络摄像机等基于IP的终端的设备传输数据信并为其提供直流供电）供应的交换机及实时环网SWITCH快速容错的工业以太网交换机中，最终与工业以太网相连。同时通过在每一网络摄像机内设置与西门子PLC控制系统相同的IP段（IP地址不同）及子网掩码，可以在硬件组态时通过相同的IP地址与相应网络摄像机监控画面相连接。同时利用NVR录像机，还可以对每一个网络摄像机运行状态进行监控录像，结合同一IP段不同IP地址及子网掩码的设置，可以在组态软件中实现录像的翻找查询。

　　（4）监控中心是西门子PLC系统与视频监控系统融合应用的控制基地，其内部具有一台性能较高的工业控制计算机，可以通过与实时环网SWITCH快速容错的工业以太网交换机相连接，接入工业以太网内。同时在西门子PLC系统与视频监控系统融合应用的控制基地具有专门的西门子WinCC组态软件，可以通过在计算机网络设置阶段，设置与视频监控系统、西门子PLC系统相同IP段的差异化IP地址，经标准通用以太网协议，在组态软件内与视频监控系统、PLC系统实现实时视频信息、数据信息交互。

　　2.2程序设计

　　控制程序主要在监控中心工业级计算机中进行设计，主要利用前期准备的西门子编程软件，利用编程电缆，将编写完毕的视频监控系统从工业级计算机下载至控制器内，进行在线监测程序运行情况调整，整体过程较为便捷高效。基于西门子PLC系统与视频监控系统融合应用的控制基地具有专门的西门子WinCC组态软件运行特点，本次程序设计主要采用LAD语言，依据功能化、模块化思维，结合便于维护、便于扩展、终端抗干扰方针，在西门子PLC系统与视频监控系统融合应用的控制基地具有专门的西门子WinCC组态软件控制体系中引入数字滤波及故障自监测措施，保证西门子PLC系统与视频监控系统融合应用过程的可靠性、精确性。

　　在西门子PLC系统与视频监控系统融合应用程序具体设计过程中，可以从主程序、数据循环处理子程序、初始化子程序、中断子程序多个部分入手，结合生产工艺实施流程，进行各部分的恰当设置。一般主程序需要长时间处于不间断循环运行状态；而初始化子程序则需要在西门子PLC系统与视频监控系统初始化之后，对各种设备及西门子PLC控制模块、视频数据交互方式进行恰当设置；数据循环处理自程序主要是负责采集并处理生产工艺运行过程视频数据；中断子程序可以将抓拍到的生产工艺实施过程视频信息上传到监控中心工业级计算机对应的控制软件中，为实时监控或历史记录查询提供依据。

　　2.3软件设置

　　基于同一监控画面内控制可编程逻辑控制器、视频监控系统目的，可以监控以工业级计算机的西门子软件组态为切入点，进行系统组态、数据管理及程序编辑，最终形成系统和操作画面、报警画面、历史趋势曲线、实时监控趋势曲线。在具体操作过程中，可以利用HINET智能网关，通过网口连接生产现场控制柜的控制器西门子SMART的PLC（对于过于偏僻的室外，可以选用M111T智能网关）。随后插入移动网关上网，直接控制端工业级计算机安装配套的客户端软件。此时，登录软件后，点击选择需要连接的PLC设备，可构建远程的虚拟通道。在远程的虚拟通道构建完毕后，在工业级计算机上打开对应的西门子编程软件——WinCC组态软件的ActiveX 控件，构建西门子PLC系统常规工艺视频监控画面，并利用TCP/IP，在事先创建的常规工艺监控画面中进行不同类型工艺流程所需元件添加，为常规生产工艺视频监控模块开发奠定基础。随后以生产工艺实施现场视频监控集成开发为主要任务，在组态软件控制插件中添加具备常规工艺实施现场视频监控画面内控件框添加的插件——Win CC Web Browser Control控制插件，驱动创建变量，对生产现场进行远距离监控、调试，实现视频数据全方位采集归档或者历史趋势曲线、实时监控曲线创建。并实时接收远距离监控设备的监控视频、故障告警信息。

　　3.西门子PLC系统与视频监控系统融合应用效果

　　将上述构建成果应用于索道动态监控过程中，通过在工业级计算机上打开对应的西门子编程软件——WinCC组态软件（凭用户名和密码登录），点击西门子设备的图片或设备名称进入设备，将西门子PLC系统与视频监控系统转至在线，可从监控表中监控当前索道动态运行过程数据（PLC定时采集数据），并以实时数据列表页面或组态画面的形式，直观获得索道动态运行过程吊厢运行情况。同时通过点击右上角菜单栏“三杠按钮”，在弹出功能菜单点击“读写数据”“设备详情”“历史数据”“历史曲线”，可以在对西门子PLC系统进行读写操作的同时，查看系统定时存储的索道动态运行过程中吊厢等设备的详细信息或视频画面、索道动态运行过程数据的历史数据报表、各数据的历史趋势图。

　　4.结语

　　综上所述，西门子PLC控制系统与视频监控系统融合应用，是西门子PLC控制系统应用的主要趋势，也是远程视频监控工作实现的关键。因此，相关技术人员应选择现有最先进的西门子PLC控制系统，在工业以太网、监控系统、监控中心等硬件组态的基础上，引入恰当的控制软件，并合理设置参数，保证西门子PLC控制系统与视频监控系统的顺利融合。

　　（作者单位：长春祈健生物制品有限公司）