CN107463195B - 基于自定义web页面的养殖场环境远程监控*** - Google Patents

基于自定义web页面的养殖场环境远程监控*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于自定义web页面的养殖场环境远程监控***，基于S7‑1500自定义Web页面远程监控的养猪场环境控制***。利用S7‑1500PLC内集成自定义web页面的功能，饲养员和管理者可以利用web页面通过Internet网络随时随地远程监控养猪场内控制***的运行状态，操作方便，监测数据安全可靠；采用S7‑1500PLC作为主站控制器，采用S7‑1200PLC作为从站控制器，符合目前养猪场生活区和生产区的分布情况，能够实现一对多管理，不仅大大降低了工作人员的劳动强度，提高劳动效率，同时还能够让工程师少花时间在赶往现场的路上，随时随地通过网络查看控制***的环境参数情况。

Description

基于自定义web页面的养殖场环境远程监控***
技术领域
本发明涉及技术领域，具体地，涉及一种基于自定义web页面的养殖场环境远程监控***。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，自动化技术广泛应用于各个行业。特别是在工业领域上，自动化的应用得到淋漓尽致的发挥，但是在农业和畜牧业却是一个缺口，农业和畜牧业的智能化成为一种发展趋势。随着《中国制造2025》和工业4.0的提出，未来十年，我国制造业整体信息化水平将大幅提升，制造业数字化、网络化、智能化将得到一个巨大的跨越。然而手持移动设备也基本普及，在工业领域应用越来越广泛，极大地推动了工业自动化向网络化、智能化、便捷化的方向发展。现代自动化技术集成了越来越多的互联网技术，使“生产上位机”脱离局域网，甚至可以随身携带，让用户无论何时，无论何地都可以了解到此时的生产状况。
自定义web页面是西门子S7-1500和1200都具有集成服务器，是一个让用户自由开发的功能，可以在布局中使用HTML和CSS来调整页面，还可以使用JavaScript提供动态内容或使用任何框架制作Web页面，Web服务器处理的所有文件也被称为“Web应用程序”。
现有技术一种智能监控环境的养猪***及其监控方法(申请号201510542312.X)包括微控制器，微控制器连接监控猪舍环境的各种传感器和继电器。微控制器存储氨气、硫化氢和二氧化碳含量设定值，温度设定值等，按设定参数启动相关继电器进行清洗、抽风、加热、加湿和供食供水等操作。
现有技术的缺点一是，采用的上位机***，只能实现***局域网的数据传输和通信，无法实现随时随地远程监控养猪场的情况。
现有技术的缺点二是，由于养猪场范围都非常大，采集的数据比较多，环境比较恶劣，从实际现场的控制经验来看，采用的微控制器容易出故障，控制方式不灵活，无法实现养猪场自动化控制现场的操作要求。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于自定义web页面的养殖场环境远程监控***，以通过自定义web页面读写S7-1500和1200的变量，可以形成一套完整的养猪场远程环境监控***，可以极大程度解决现在以及过去养猪上的困难、增加信息化管理，整体提高自动化养猪场管理水平。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于自定义web页面的养殖场环境远程监控***，主要包括：远程访问端和本地***局域网，远程web访问端利用web页面通过Internet云端网络与本地***局域网进行远程访问，所述本地***局域网包括中控室***和设置在猪舍内的N个独立的控制单元；
所述中控室***包括集成自定义web页面功能的主站S7-1500PLC，将N个独立的控制单元的运行参数汇总后与中控室***的上位机进行数据交换；
每个独立的控制单元均包括集成自定义web页面功能的主站S7-1200PLC，接收来自中控室***上位机的设置参数，并根据参数控制和调节猪舍内的各项坏境指标。
进一步地，所述中控室***还包括多个上位机、交换机和路由器，所述上位机对N个独立的控制单元的运行数据进行监控，并对所有独立单元的运行参数进行调整；
主站S7-1500PLC收集N个独立的单元的运行信息进行管理，然后通过交换机与上位机进行数据交换，通过交换机和路由器与远程Web访问端进行数据交换。
进一步地，每个独立的控制单元还包括多种类型传感器、HMI人机界面和被控对象；
所述多种类型传感器位于各个猪舍内，实现对猪舍内的温度、湿度和氨气浓度数据的采集和监测；
所述从站S7-1200PLC接收来自主站S7-1500PLC的控制参数，采集所述的多种类型传感器的信号，运行程序，调节猪舍内的各项环境指标；
所述的从站S7-1200PLC和主站S7-1500PLC之间通过S7连接；
所述HMI人机界面通过RS485与从站S7-1200PLC进行通信；
所述被控对象包括地沟风机、滑窗、暖灯和喷淋设施，控制猪舍内的氨气浓度、温度和湿度；
所述N个独立的控制单元通过多模光纤连接到交换机，实现与中控室***的通信。
进一步地，所述从站S7-1200PLC的CPU通过主函数模块进行手动模式和自动模式的选择，所述手动模式即通过物理旋钮操作设备的开启和关闭；所述自动模式具体为，上位机或者远程web访问端给定控制参数，***自动控制设备的开启和关闭，最终实现温度自动控制，湿度自动控制和氨气浓度自动控制。
进一步地，所述主站S7-1500和从站S7-1200PLC通过S7通信协议实现数据交换；S7连接组态连接具体包括：
子网连接：点击设备组态在网络视图中把要连接的CPU连在同一子网中，建立新的连接；
建立S7连接：在主站S7-1500PLC的CPU上进入到S7连接的创建画面，改换添加S7连接；
建立S7通信指令：建立通信程序块，在指令库中找到通信下的GET和PUT指令，拖放在程序段上，开始组态连接到PLC。
进一步地，主站S7-1500PLC与远程web访问端的web服务器通过动态域名解析实现远程web访问端对主站S7-500的访问。
进一步地，所述动态域名解析具体包括：
在动态域名解析网站上注册一个账户，在网站申请一个动态域名，绑定内网中主站S7-1500PLC的IP地址，把内网IP设置为内网穿透后，得到一个属于这个内网主机的固定域名地址；
在路由器的DDNS应用上登陆所述账户，路由器自动将端口分配给该账户内的固定域名；S7-1500PLC被外网访问时，把数据转发到该动态域名网站，然后发给访问端。
进一步地，人机界面HMI和从站S7-1200PLC的通信具体为：
初始化RS485串口模块，在通信指令区中的MODBUS(RTU)下拖动MB_COMM_LOAD指令到程序段；
建立主站通信程序，在通信指令区拖动MB_MASTER指令到程序段；
在触摸屏上以标准的MODBUS对应的内部地址或者标准的MODBUS地址进行数据接收或发送。
进一步地，所述HMI人机界面具体为DOP B-HMI；所述上位机的个数为2个；所述地沟风机包括四个36寸地沟风机和四个54寸地沟风机；所述中控室***位于生活区内，N个独立的控制单元位于生产区内，所述生活区和生产区还包括消毒区。
进一步地，所述远程web访问端包括手机设备、PC机和PAD。
本发明各实施例的基于自定义web页面的养殖场环境远程监控***，基于S7-1500自定义Web页面远程监控的养猪场环境控制***。利用S7-1500PLC内集成自定义web页面的功能，饲养员和管理者可以利用web页面通过Internet网络随时随地远程监控养猪场内控制***的运行状态，操作方便，监测数据安全可靠；采用S7-1500PLC作为主站控制器，采用S7-1200PLC作为从站控制器，符合目前养猪场生活区和生产区的分布情况，能够实现一对多管理，不仅大大降低了工作人员的劳动强度，提高劳动效率，同时还能够让工程师少花时间在赶往现场的路上，随时随地通过网络查看控制***的环境参数情况。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为***结构图；
图2为***整体分布设计图；
图3为OB1的自动和手动选择程序图；
图4为S7-1200程序设计图；
图5为S7通信指令的调用程序图；
图6为S7-1500映射到外网访问地址的操作过程；
图7为运行监控页面图；
图8为参数设置页面图；
图9为设备操作页面图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
具体地，基于自定义Web页面的养猪场环境远程监控***由远程web访问端和本地***局域网构成，如图1所示。
所述的远程web访问端包括手机设备、PC机和PAD等移动设备。远程控制端可以是手机、平板或电脑等移动设备，携带方便，不局限于时间和场合，可以实现对多个独立单元的监控。
所述的远程web访问，首先用以太网线连接PLC-CPU的PROFINET接口到本地电脑，或用网线把电脑和PLC都连接在同一个局域网内，而且IP地址都设在同一网段。然后打开WEB浏览器，在web浏览器地址栏中输入PLC的IP地址，进到CPU的初始页面，在起始页面上可以浏览更多信息。当把PLC的IP地址映射Internet网时，就可以远程访问这台CPU，同时都可以浏览到Web上支持的所有信息。
所述的本地***局域网和远程web访问端之间通过Internet云端网络连接所述本地***局域网中的TP-link路由器进行通信。
所述的本地***局域网包括中控室***和独立单元1，独立单元2，……，独立单元N。
所述的中控室***由主站S7-1500PLC、上位机1、上位机2、交换机和路由器构成。
所述的中控室的主要任务是把N个独立单元的运行参数汇总后与上位机1和上位机2进行数据交换。
所述的上位机1和上位机2能够监控N个独立单元的运行数据，并可以对所有独立单元作运行参数的调整。
所述的主站S7-1500PLC只负责收集N个独立单元的运行信息进行管理，然后统一与上位机1和上位机2以及远程Web服务器访问端作数据交换，不参与猪舍环境的控制。
所述的路由器是指具有端口映射功能的TP-link路由器。
所述的N个独立单元主要由从站S7-1200PLC、各类传感器、DOP B-HMI和被控对象组成。
所述的N个独立单元的任务是接收来自所述中控室内上位机1和上位机2的设置参数后能按照要求来控制和调节猪舍内的各项坏境指标。
所述的从站S7-1200PLC是猪舍环境控制的核心，它接收来自主站S7-1500PLC的控制参数，采集所述的各类传感器的信号，运行程序，调节猪舍内的各项环境指标。所述的从站S7-1200PLC和主站S7-1500PLC之间通过S7连接。
所述的DOP B-HMI是人机界面。所述的各类传感器位于生产区内各个猪舍内，实现对猪舍内的温度、湿度和氨气含量等数据的采集和监测。所述的DOP B-HMI和从站S7-1200PLC通过RS485通信。
所述的从站S7-1200PLC内存储有运行所需要的所有参数，即使与中控室断开连接也能独立正常运行，每个独立单元内的S7-1200PLC都是独立的。所述的N个独立单元之间的运行互无干扰。当某个独立单元出现故障，可以单独断电维修，每个独立单元的参数可以自由设置，可以根据猪日龄来设置不同参数。
所述的被控对象包括四个36寸和54寸地沟风机、滑窗、暖灯和喷淋设施，用来控制猪舍内的氨气浓度、温度和湿度。
所述的中控室***和N个独立单元之间通过多模光纤进行通信。
如图2，所述的中控室***位于生活区内。所述的N个独立单元位于生产区内，控制对象是生产区内的N个猪舍。所述的生活区和生产区之间一般会有消毒区。
(1)从站S7-1200PLC程序设计
所述的从站S7-1200PLC在独立单元中起到核心作用，其控制主要分为自动控制和手动控制，如图3所示。其中，OB块是CPU内部指定某些具有特定功能的组织块，FB和FC块是可以自由编写应用程序的功能块，但是FB有自己的背景数据块，FC则没有背景数据块。DB块是数据块，可以存放各种数据，还可以做变量用。
所述的从站S7-1200PLC程序中，主函数用main_OB1表示，然后进行模式选择，分别为手动程序和自动程序。如果选择手动程序控制，可直接通过物理旋钮来操作设备的开启和关闭。如果选择自动程序控制，则控制参数由上位机或者远程web访问端给定，***自动控制设备的开启和关闭，包括温度自动控制(Temperature_FB)，湿度自动控制(Humidity_FB)和氨气自动控制(Ammonia_FB)，如图4所示。
(2)主站S7-1500PLC和从站S7-1200PLC的通信设计
所述的主站S7-1500和从站S7-1200PLC通过S7通信协议实现数据交换。S7连接是西门子产品的内部连接，是为了执行通信服务而对两个通信伙伴进行逻辑分配，数据的读取和发送均需要建立相关程序指令，由一方主动发起连接，连接组态期间，需要为S7连接分配一个本地连接名称作为唯一的本地标识，如图5所示。
S7连接组态步骤如下：
①子网连接：点击设备组态在网络视图中把要连接的CPU连在同一子网中，建立新的连接。
②建立S7连接：在主站CPU上进入到S7连接的创建画面，在改换添加S7连接。
③建立S7通信指令：建立通信程序块，在指令库中找到通信下的GET和PUT指令，拖动他们放在程序段上，开始组态连接到PLC。在指令中，REQ输入脉冲信号，当为高电平时执行指令，ID是PLC的地址标识，ADDR_1是指向伙伴PLC的数据存储DB块，RD_1是指向伙伴PLC数据交换的本地数据DB块。
(3)Web服务器和主站S7-1500PLC的互联网通信。
所述的web服务器页面有运行监控、参数设置和设备操作三个单独的web页面，分别由三个HTML文件来实现。所述的web服务器页面能够实现对猪舍环境指标和设备运行状态进行监视，并能设置参数和设备进行开关操作。
所述的web服务器和主站S7-1500PLC的互联网通信是用“花生壳”动态域名解析的方法来实现远程端的设备访问处于内网的S7-1500。
所述的“花生壳”是一款动态域名解析软件，其原理是通过路由器端口转发的功能实现外的访问请求，外网可以通过花生壳域名随时随地的访问到内网搭建的服务。
具体步骤如下：
①在花生壳网站上注册一个账号，在网站申请一个动态域名，绑定内网中S7-1500的IP地址，把内网IP设置为内网穿透后，得到一个属于这个内网主机的固定域名地址，如图6所示。
②在路由器的DDNS(动态域名解析)应用上登陆花生壳账户，路由器自动把端口分配给该账户内的固定域名。外网要访问内网中的S7-1500时，输入“http：//170d08o210.iok.la”进行访问。S71500被外网访问时，是把数据先转发到该动态域名网站，然后才发给访问端。
(4)人机界面和从站S7-1200PLC的通信
所述的人机界面和从站S7-1200PLC的通信是通过S7-1200做主站建立Modbus(RTU)RS485建立起来的。
具体步骤为：
①初始化RS485串口模块。在通信指令区中的MODBUS(RTU)下拖动“MB_COMM_LOAD”指令到程序段。
②建立主站通信程序。在通信指令区拖动“MB_MASTER”指令到程序段。
③在触摸屏上以标准的MODBUS对应的内部地址或者标准的MODBUS地址进行数据接收或发送。
最后，通过***设计可以得到运行监控页面、参数设置页面和设备操作页面的显示结果，以及触摸屏的显示结果。
本发明采用S7-1500PLC内集成自定义web页面的功能，饲养员和管理者可以利用web页面通过Internet网随时随地远程监控养猪场内控制***的运行状态，操作方便，数据安全可靠。
本发明采用采用S7-1500PLC作为主站控制器，采用S7-1200PLC作为从站控制器，符合目前养猪场生活区和生产区的分布情况，能够实现一对多管理，不仅能够大大降低工作人员的劳动强度，提高劳动效率，同时还能够让工程师少花时间在赶往现场的路上，随时随地查看控制***的环境参数。
本发明采用的远程控制端可以是手机、平板或电脑等移动设备，携带方便，不局限于时间和场合，可以实现对多个独立单元的监控。
本发明设计的***整体结构中的各项没有标出型号，可以由其他任何具有同等功能的器件来取代。
本发明采用的HMI人机界面可以由其他具有相应功能的触摸屏取代。
本发明中采用的远程web访问过程和方法可以由其他类似方法取代。
本发明采用的从站S7-1200PLC程序设计方法，主站S7-1500PLC和从站S7-1200PLC的通信设计方法，及S7通信指令设计方法，Web服务器和主站S7-1500PLC的互联网通信方法，人机界面和从站S7-1200PLC的通信都可以由其他相似或变换后的程序来完成。
技术关键点包括***中从站S7-1200PLC程序设计、主站S7-1500PLC和从站S7-1200PLC的通信设计、Web服务器和主站S7-1500PLC的互联网通信、人机界面和从站S7-1200PLC的通信等方法。
欲保护点是从站S7-1200PLC程序设计方法、主站S7-1500PLC和从站S7-1200PLC的通过S7组态连接的程序设计方法、主站S7-1500PLC通过花生壳软件动态解析域名实现和Web服务器互联网通信的方法、人机界面和从站S7-1200PLC的通信方法；以及运行监控页面、参数设置页面、设备操作页面和触摸屏显示中各显示项中的文字内容、图形显示形状及方法、布局方式等。
至少可以达到以下有益效果：采用S7-1500PLC作为主站控制器，采用S7-1200PLC作为从站控制器，符合目前养猪场生活区和生产区的分布情况，能够实现一对多管理，不仅能够大大降低工作人员的劳动强度，提高劳动效率，同时还能够让工程师少花时间在赶往现场的路上，随时随地查看控制***的环境参数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于自定义web页面的养殖场环境远程监控***，包括远程访问端和本地***局域网，远程web访问端利用web页面通过Internet云端网络与本地***局域网进行远程访问，其特征在于，所述本地***局域网包括中控室***和设置在猪舍内的N个独立的控制单元；
所述中控室***包括集成自定义web页面功能的主站S7-1500PLC，将N个独立的控制单元的运行参数汇总后与中控室***的上位机进行数据交换；
每个独立的控制单元均包括集成自定义web页面功能的从站S7-1200PLC，接收来自中控室***上位机的设置参数，并根据参数控制和调节猪舍内的各项坏境指标，其中，
所述中控室***还包括多个上位机、交换机和路由器，所述上位机对N个独立的控制单元的运行数据进行监控，并对所有独立单元的运行参数进行调整；
主站S7-1500PLC收集N个独立的单元的运行信息进行管理，然后通过交换机与上位机进行数据交换，通过交换机和路由器与远程Web访问端进行数据交换；
每个独立的控制单元还包括多种类型传感器、HMI人机界面和被控对象；
所述多种类型传感器位于各个猪舍内，实现对猪舍内的温度、湿度和氨气浓度数据的采集和监测；
所述从站S7-1200PLC接收来自主站S7-1500PLC的控制参数，采集所述的多种类型传感器的信号，运行程序，调节猪舍内的各项环境指标；
所述的从站S7-1200PLC和主站S7-1500PLC之间通过S7连接；
所述HMI人机界面通过RS485与从站S7-1200PLC进行通信；
所述被控对象包括地沟风机、滑窗、暖灯和喷淋设施，控制猪舍内的氨气浓度、温度和湿度；
所述N个独立的控制单元通过多模光纤连接到交换机，实现与中控室***的通信；
所述从站S7-1200PLC的CPU通过主函数模块进行手动模式和自动模式的选择，所述手动模式即通过物理旋钮操作设备的开启和关闭；所述自动模式具体为，上位机或者远程web访问端给定控制参数，***自动控制设备的开启和关闭，最终实现温度自动控制，湿度自动控制和氨气浓度自动控制；
所述主站S7-1500和从站S7-1200PLC通过S7通信协议实现数据交换；S7连接组态连接具体包括：
子网连接：点击设备组态在网络视图中把要连接的CPU连在同一子网中，建立新的连接；
建立S7连接：在主站S7-1500PLC的CPU上进入到S7连接的创建画面，改换添加S7连接；
建立S7通信指令：建立通信程序块，在指令库中找到通信下的GET和PUT指令，拖放在程序段上，开始组态连接到PLC，在指令中，REQ输入脉冲信号，当为高电平时执行指令，ID是PLC的地址标识，ADDR_1是指向伙伴PLC的数据存储DB块，RD_1是指向伙伴PLC数据交换的本地数据DB块；
主站S7-1500PLC与远程web访问端的web服务器通过动态域名解析实现远程web访问端对主站S7-1500的访问；
所述动态域名解析具体包括：
在动态域名解析网站上注册一个账户，在网站申请一个动态域名，绑定内网中主站S7-1500PLC的IP地址，把内网IP设置为内网穿透后，得到一个属于这个内网主机的固定域名地址；
在路由器的DDNS应用上登陆所述账户，路由器自动将端口分配给该账户内的固定域名；S7-1500PLC被外网访问时，把数据转发到该动态域名网站，然后发给访问端；
人机界面HMI和从站S7-1200PLC的通信具体为：
初始化RS485串口模块，在通信指令区中的MODBUS下拖动MB_COMM_LOAD指令到程序段；
建立主站通信程序，在通信指令区拖动MB_MASTER指令到程序段；
在触摸屏上以标准的MODBUS对应的内部地址或者标准的MODBUS地址进行数据接收或发送；
所述HMI人机界面具体为DOP B-HMI；所述上位机的个数为2个；所述地沟风机包括四个36寸地沟风机和四个54寸地沟风机；所述中控室***位于生活区内，N个独立的控制单元位于生产区内，所述生活区和生产区还包括消毒区；
所述远程web访问端包括手机设备、PC机和PAD。
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