摘 要： 设计了一个智能立交桥融雪喷洒远程监控系统。以WinCC为上位机监控核心，由研华模块ADAM4068、ADAM4117为下位机的控制和采集模块，由以太网转485模块来实现上位机与下位机的连接。西门子S7-200作为循环控制装置，控制电磁阀的循环开闭。通过VPN技术实现远程组网，保证数据传输的安全性。通过WinCC监控界面来监视下位机的数据情况并且实现对下位机电磁阀的控制，从而控制融雪剂的喷洒。
关键词： 远程监控；WinCC；ADAM4068；ADAM1117；S7-200；VPN
0 引言
由于气候原因，北方的绝大多数城市冬季易下雪，积雪堆积在公路、立交桥等路面，给行车安全带来极大的隐患。立交桥路段特殊，人员清理不便，给车辆的行驶带来了极大的不便和不安全。在立交桥上安装喷洒融雪装置喷洒融雪剂是一种保证交通行驶的安全、便捷、节省人力成本的有效除雪方法。本文所设计的智能立交桥融雪喷洒远程监控系统具有长远控制能力，长时间无人值守运行稳定，工作可靠，有效执行喷洒动作，并采集现场温度、液位、流量等数据上传到上位机进行监视。
1 结构和功能介绍
图1为整个系统的系统架构图。整个智能融雪系统包括远程监控服务器、VPN网络通道、现场监控的工控机、以太网转485模块、延时模块、电磁阀控制器、信号采集模块和电磁阀。其中，远程监控服务器可以在远端监控现场设备，实现远程监控；VPN通道可以连接远端与现场，并且保证数据传输的安全可靠，实现了企业级的组网；现场工控机利用WinCC界面通过以太网转485模块对电磁阀控制器发出指令，监控电磁阀的开关，从而监控融雪剂的喷洒状况；信号采集模块将现场的温度、流量、液位等数据发送到WinCC上，实现现场状况的监控；电磁阀是喷洒融雪剂的装置，电磁阀打开则喷洒融雪剂，关闭则停止喷洒。
1.1 VPN网络通道
虚拟专用网（Virtual Private Network，VPN）不是真正的专用网络，却能够实现专用网络的功能。VPN是一种通过对网络数据进行封包和加密，在公网上传输私有数据，同时保证私有网络安全性的技术。它兼备了公网的便捷和专用网的安全，实现了利用公网通过加密等手段来实现单位组织的“专用网”。
本文利用juniper ssg 20路由和InRouter+600路由其中自带的VPN功能实现IPSec隧道的组成，完成了在公共Internet中虚拟专用网的通道。网络连接如图2所示。
WinCC自带了Web发布器，可以将画面发布到网络上，从而利用IE浏览器进行远程监控[1]。但是，Web Navigator发布的页面只能在局域网中进行浏览。VPN的IPSec隧道功能很好地解决这一问题。当虚拟专用网络建立后，两个网络相当于建立了一个私有的局域网，这样就可以很方便地监控远程的数据。在WinCC的用户管理中设置用户名及密码，当远端的服务器在IE中登录现场的InRouter+600路由器的IP地址后就会出现图3所示的登录对话框，输入用户名和密码后就可以看到现场的数据和控制画面，如图4所示。
1.2 基于WinCC的系统网络结构
WinCC的基本组件是组态软件（CS）和运行系统软件（RT）组态软件，WinCC项目管理器构成了组态软件的核心，整个项目结构将显示在WinCC项目管理器中[2]。此时，也可对项目进行管理。从WinCC项目管理器中调用的特定编辑器用于组态用途。每个编辑器用于组态一个特定的WinCC子系统。本文用到了WinCC的子系统有图形系统、用户管理、全局脚本编辑、通信系统和Web Navigator组件等。
整个系统的硬件配置为：PC、以太网转485模块、ADAM4068、ADAM4117、西门子S7-200、12 V电源模块、路由器、温度传感器、液位传感器和流量传感器。
1.3 研华模块ADAM4068和ADAM4117
ADAM4068是一款继电器输出模块，提供8个继电器通道，其中4个A型，4个C型。此模块可以方便地使用Modbus协议进行远程控制。开关可靠稳定，实现电磁阀的通断[3]。
ADAM4117是一款16位、8通道的模拟量输入模块，可以采集电压、电流等模拟量信号，并且为所有的通道都提供了独立的可编程输入范围。它支持8路差分信号，还支持Modbus协议。它还具有4 mA~20 mA、0~20 mA、 -20 mA~±20 mA等电流量程，当测量电流时，不需外接电阻，只需打开盒盖，按照电路板上的标识来设置跳线即可。在工业测量和监控中，它能够用于恶劣环境中，工作可靠。
2 监控系统的软件设计要点
2.1 S7-200的编程以及与WinCC通信
S7-200的作用是实现电磁阀的循环开闭，用PLC实现循环可以减少WinCC系统的资源占用，使监控系统反应更加快速。在STEP 7中编写梯形图并建立变量表，将工程文件与变量表导入到PC Access中，然后在WinCC中添加OPC组态变量驱动连接，将PC Access中的变量添加到WinCC中。在WinCC中添加动作程序，周期触发时间为500 ms。在组态画面中添加按钮，当触发按钮ON时，循环开始启动；当触发按钮OFF时，循环停止。全局脚本程序流程图如图5所示。在STEP 7中编写梯形图，控制电磁阀循环开闭的时间。开闭时间分为3种，分别以大雪、中雪、小雪进行区分，雪的大小决定了电磁阀开闭的时间长短。工作人员可以根据雪的大小来决定电磁阀开关的循环时间。电磁阀开通循环后，如果工作人员想中途停止，可以点击OFF按钮。
2.2 WinCC组态
打开WinCC Explorer，新建一个单用户系统，在项目管理器的变量管理中添加一个新的驱动，新的驱动程序选择SIMATIC S7 Protocol Suit.chn和OPC.chn[4]。创建过程变量，将60个电磁阀的二进制变量添加进去。在OPC的驱动程序中添加系统参数，将PC Access中的变量导入到WinCC中。用WinCC的图形编辑器创建过程画面、组态动态画面，将现场图添加到组态画面中，添加按钮实现电磁阀的点控和循环控制，添加输入输出域来检测现场的温度、流量等物理值。主控机监控画面如图6所示。
2.3 研华模块调试
在使用研华ADAM4068时需调节地址号和通信协议，地址号与WinCC中设定相对应，通信协议选择Modbus通信协议。ADAM4117选择电流检测模式，与相应的仪表输出信号相对应。
3 结论
智能立交桥融雪远程监控系统可以改善冬天下雪后立交桥上的路面状况，减轻了工人的劳动强度，保证了工人和驾驶人员的安全。监控人员可以在自己办公的地方远程操控融雪装置的喷洒，节省了成本、提高了效率。目前该系统在试验阶段使用效果良好、运行稳定。
参考文献
[1] 苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[2] 甄立东.西门子WinCC V7基础与应用[M].北京：机械工业出版社，2011.
[3] 邵济舟.WinCC远程监控系统在盾构机上的应用[J].微型机与应用，2012，31（17）：87-88，91.
[4] 韦军.基于WinCC的空压机远程监控系统研究[J].装备应用与研究，2008（17）：49-50.