基于IIoT的西门子S7-1200 PLC线上实训
教学平台设计
谭波
(重庆三峡职业学院智能制造学院  重庆  404000)
摘要：该文主要论述了基于工业物联网技术，应用于西门子S7-1200 PLC实训课程教学的线上实训平台的开发。平台包含由PLC、工业互联网网关等组成的硬件平台和由多个PLC典型教学实训项目监控界面组成的软件平台。平台能够实现西门子S7-1200 PLC的线上远程操作和多个PLC教学实训项目的线上实训。平台成功应用于PLC相关课程线上教学中，对提高学生的西门子S7-1200 PLC控制系统设计和调试的技能水平及综合应用的能力有显著作用。
关键词：线上实训 远程操作 S7-1200 PLC IIoT
中图分类号：TP273.5文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)04-0212-04
Design of Online Training and Teaching Platform for Siemens
S7-1200 PLC Based on IIoT
TAN Bo
(School of Intelligent Manufacturing, Chongqing Three Gorges Vocational College, Chongqing, 404000  China) Abstract:This paper mainly discusses the development of online training platform for Siemens S7-1200 PLC training teaching based on IIoT. The platform includes a hardware platform  which consists of PLC and industrial Internet gateway and a software platform which consists of several monitoring interfaces for PLC typical  teaching and training projects. The platform can realize online remote operation of Siemens S7-1200 PLC and the online training for several PLC teaching and training projects.  The platform is successfully applied in the online teaching of PLC-related courses, which has a significant effect on improving  students' skill level  in the design and debugging and comprehensively application ability for Siemens S7-1200 PLC control system.
Key Words: Online training; Remote operation; S7-1200 PLC; IIoT
PLC是一种广泛应用于工业自动化控制领域的控制器，PLC编程及应用被各高校自动化控制相关专业列为重要的专业核心课程。在“互联网+”迅猛发展的态势下，各种新型的教学模式兴起，如虚拟仿真教学、网络线上教学、云教学等。传统的PLC教学的实训课程多以线下实训模式为主，为了配合网络线上教学，迫切需要开发出能够实现远程操作、线上实训的PLC实训教学平台。
赵立平等人基于工业物联网对泵房自动化控制系统进行了改造[1]。郭琼等人研究了基于PLC远程监控系统的特点并开发相应的实践案例[2]。谭波设计了西门子S7系列PLC的液压机过程数据采集系统[3]。王桂芳等人开发了基于S7-200 PLC的过程控制试验平台[4]。刘波等人设计了基于PLC的机电一体化实验
DOI：10.16661/jki.1672-3791.2207-5072-7528
基金项目：重庆三峡职业学院校级科研项目（项目编号：cqsx2021010）。
作者简介： 谭波（1987—），男，硕士，工程师，讲师，主要从事自动化控制、工业机器人应用技术方向研究工作。
台[5]。相关研究都是针对PLC 远程监控或线下试验，对于PLC 线上教学的研究还较少。
该文以西门子S7-1200系列PLC 为研究对象，开发了基于工业物联网（IIoT ）技术，能够实现远程操作、线上实训的西门子S7-1200 PLC 实训教学平台，助力各高校更好地开展PLC 课程的网络线上教学。
1  平台的结构及工作原理
西门子PLC 可以通过OPC 技术、Web 通信技术等完成PLC 连接互联网。工业物联网（IIoT ）技术广泛应用于各种工业领域，而基于IIoT 的网关产品也广泛兴起，为PLC 连接互联网提供了又一种便捷手段[6]
。
西门子S7-1200 PLC 的实训教学平台主要由硬件平台、软件平台和云平台这3个部分组成，具体如图1所示。硬件平台和软件平台分别通过Wi-Fi、4G 或Internet 连接到云平台。硬件和软件平台与云平台的互联网连接建立后，可建立软硬件平台之间的VPN 通道。通过VPN 通道，TIA Portal 软件可将设计好的PLC 程序，远程下载至PLC，且能远程监控PLC；实训教学监控软件可连接PLC，并进行PLC 存储器的操作控制，信号状态的实时显示，从而实现PLC 典型实训教学项目的线上实训。
2  硬件平台
实训教学平台的硬件包括电源、S7-1200 PLC 和工业物联网（IIoT ）网关。平台硬件设计型号如表1
所示。
电源是S7-1200 PLC 和工业物联网（IIoT ）网关的供电设备；依据PLC 和网关的电压等级和功率要求，电源选用明纬SDR 240型直流电源。
S7-1200 PLC 是实训教学平台的教学对象，通过Ethernet 连接至工业物联网（IIoT ）网关，选用西门子1215 DC/DC/RLY 型PLC。
工业物联网（IIoT ）网关是一种基于工业物联网（IIoT ）技术的通信设备，可以实现不同设备之间、设备与上位机之间的互联网连接。工业物理网（IIoT)网关是为PLC 提供网络连接的部件，可通过Wi-Fi、4G 或Internet 连接到互联网，选用享控科技的K321网关设备。享控科技的K321网关具有RS485和网口接口，同时支持西门子、三菱、台达、罗克韦尔等主流PLC 的通信协议接入，通过其服务云和服务软件，能够进行网关下游设备数据检测，
组建VPN 通道，实现设备的远程
操作、
调试和数据传输。3  软件平台
实训教学平台的软件包括TIA Portal 软件、实训教
图1  平台结构表1    硬件型号
名称电源PLC
工业物联网（IIoT ）网关
型号SDR 2401215 DC/DC/RLY
K321
技术参数240W  DC24V 14输入/10输出Wi-Fi/固网RS485/网口
品牌明纬西门子享控科技
学监控软件和网关服务软件，所有软件都安装在计算机上，如图2所示。TIA Portal V15是西门子S7-1200 PLC 的编程软件，可通过网关组建的VPN 通道，对PLC 进行远程监控，程序下载和监视；PLCTrain 是平台的实训教学监控软件，其包含多个典型的基础PLC 实训项目监控界面，当PLC 程序编写好后，可以通过软件进行监视和控制，实时观察实训项目运行效果；电子人是网关服务软件，实训开始之前使用“电子人”可以建立软件平台和硬件平台之间的网络连接，构建平台计算机和PLC 之间的VPN 通道。3.1  实训教学监控软件PLCTrain
西门子PLC 与上位机通信的技术主要包括WinCC 等组态软件技术、Prodave 通信软件包技术、OPC 技术、Snap7开源协议技术[7]。
平台的实训监控软件——PLCTrain 是利用Python
语言，基于Snap7开源协议开发的。依据PLC 实训教学的主要教学内容，选取电机控制、交通灯、铁塔之光、饮料贩卖机、洗衣机这5个典型的PLC 实训项目（可进行10余个分支项目的实训）和一个测试项目（用于联网测试），开发其对应的监控界面；其中饮料贩卖机的监控界面如图3所示。3.2  实训操作
平台构建成功后，在首次使用之前，需要通过互联网进入享控的服务云，对K321网关设备进行初始化配置，配置其联网方式、IP 地址、连接设备数量、连接设备IP 地址等参数。K321网关设备下可连接
多个PLC 设备，可通过交换机扩展。初始化配置只需要配置一次，便可终身使用，
配置完成就可以进行项目实训，实训流
程如图4
所示。
平台是可以通过互联网实现远程线上实训的，实
图4  实训流程
图2  平台软件
图3  饮料贩卖机监控界面
训流程中，“上电，连接网络”的操作由硬件平台处的相关人员完成，只需要确保PLC 和IIoT 网关电源开启，并连接好两者之间的网线，确保网关连接上互联网。实训结束后，也可由相关人员断开硬件设备电源，保证设备的正常使用。实训的人员利用互联网，通过平台软件的操作，异地远程完成相关项目的实训学习。
4  平台测试
搭建系统平台，进行平台功能测试，按照实训流程，对平台的各功能和典型的实训项目进行测试。测试时，工业互联网（IIoT ）网关和PC 都使用Wi-Fi 联网方式。图5为交通灯项目测试，图6为TIA Portal 线上远程监控PLC。测试结果表明，平台能够实现西门子S7-1200 PLC 和PC 的互联网连接，能够建立两者之间的VPN 通道，能够通过TIA Portal 软件远程对PLC 进行线上远程程序下载、修改，调试等操作；PLCTrian 实训监控软件的所有实训项目均可以正常线上实训，能够达到PLC 线上实训教学的目的，帮助提高PLC 应用技能水平。
5  结语
利用工业物联网（IIoT ）网关，设计了西门子S7-1200 PLC 教学的线上实训平台方案，并成功搭建好平台，开发了拥有PLC 典型实训项目的实训监控软件PLCTrian；在平台上对每个实训项目进行了测试，测试
结果表明：平台具有西门子S7-1200 PLC 线上远程监控、远程调试、远程程序下载的功能，且通过实训软件可以完成西门子S7-1200 PLC 的典型项目线上实训。后疫情时代，将平台成功应用于学校相关PLC 课程线上教学中，对PLC 课程线上教学的开展和学生PLC 技能学习有着显著的作用。
参考文献
[1]赵立平，张普，李玲江.基于工业物联网的煤矿生活区水泵房自动化系统改造研究[J].矿业装备,2022(3):284-285.
[2]郭琼，姚晓宁，钱晓忠，等.基于PLC 的远程监控系统研究及实践[J].实验技术与管理,2019,36(5):94-97.[3]谭波.基于Python 和西门子S7系列PLC 的液压机过程数据采集系统设计[J].锻压装备与制造技术,2021,56(3):52-55.
中国在线编程[4]王桂芳，程上方，刘奇寿，等.基于S7-200 PLC 的过程控制实验平台开发[J].实验技术与管理,2019,36(7):78-82,86.
[5]刘波，刘晓鹏，赵俊生，等.基于PLC的机电一体化实验台设计[J].实验室研究与探索,2018,37(4):87-89,111.[6]王伟刚.基于ARM
架构的工业物联网网关研究与实现[J].
中国信息化,2022(3):51-52.
[7]魏学舟，刘涛.基于Snap7的PLC 上位机监控软件开发[J].设备管理与维修,2018(14):129-131.
图5  交通灯项目测试
图6  TIA Portal 软件在线监控

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