摘要：隨着工業自動化的發展，許多企業生產過程實現了自動遠程控制，然而某些生產場合必須配備視頻監控作為輔助手段，才能全面直觀地進行生產控制。傳統的工業自控系統與視頻監控系統無論從硬件還是軟件都是相互獨立的，使得控制人員在使用時必須在兩個系統間來回操作，影響了生產效率。為此，本文設計了一套基於西門子PLC自控系統與視頻監控的融合應用方案，在硬件上將視頻監控接入到工業以太網，在軟件上將視頻監控接入到組態軟件中，從而實現PLC自控系統與視頻監控系統的統一控制。
關鍵詞：西門子PLC；視頻監控；工業以太網；融合
在自動控制系統的設計和實施過程中，經常會有一些場合，除了用工業監控軟件進行工藝流程數據監控外，還需要配置專業的視頻監控系統，以使中控室能夠直觀的、全面的掌握現場的實際情況，從而實現安全的遠程控制功能。傳統的做法一般是另外采用一套獨立的模擬信號視頻系統，如配置前端設備(含攝像機、鏡頭、雲台、解碼器等)、監視器和視頻操作鍵盤;或者采用一套獨立的數字信號視頻系統，如配置前端設備、帶視頻采集卡的計算機、視頻監控軟件。由於視頻系統與自控系統相互獨立，往往在現場需要各自獨立布線，監控中心也需兩套監視和操作設備。但這兩套系統的最終目標都是為了實現遠程控制，所以操作用戶希望能夠在同一監控畫面上同時看到實時數據和圖像，以便及時根據現場情況進行快速操作，並減少多種設備的日常操作和維護工作量，還能夠使工業控制系統和視頻監控系統最大程度地融合。
本文綜合運用自動控制和視頻監控兩種不同專業領域的最新技術，設計了一套完整的解決方案，可以在同一監控網絡中同時傳輸數據、視頻、控制信號，在同一計算機軟件的同一畫面中同時進行工情和視頻監控，從而實現了工業控制系統與視頻監控系統真正意義上的“兩網合一”。
1、方案設計
工業以太網技術是目前工控領域的一個應用熱點，常用的 PLC產品一般可以配置以太網通訊模塊（以下以西門子PLC為例講解），同時常用的監控組態軟件也都可以通過以太網與PLC通訊，並且一些功能強大的組態軟件具備完整的編程環境，可以通過高級語言編程實現一般應用軟件的功能。網絡攝像機(或網絡視頻服務器)是目前視頻監控領域的一項新技術，其實質是把來自攝像機的視頻信號采集后按照一定的壓縮標准(如MPEG4、H.264等)轉換為可在以太網上傳輸的數據包，每個網絡攝像機(或網絡視頻服務器)具有不同的IP地址，網絡上的計算機可通過TCP/IP協議連接該攝像機(或服務器)，並通過軟件對數據包解壓縮還原為實時圖像。
方案采用SIEMENS S7-300 PLC進行現場設備控制，配置有CPU模塊、以太網通訊模塊和各種I/O模塊；視頻監控前端設備為普通攝像機、自動光圈變焦鏡頭、雲台和解碼器等，網絡數據處理采用二通道視頻輸入的網絡視頻服務器，它帶有與解碼器通訊的RS485端口和與攝像機連接的視頻輸入BNC端口，輸出為可連接到以太網的RJ45端口;監控計算機采用高性能的工控機，大部分組態軟件如組態王、WinCC、IFix等均可支持視頻監控畫面嵌入（以下以組態王為例講解），該組態軟件支持ActiveX控件、VBA編程和各種通訊協議，功能非常強大;通訊網絡采用1000M以太網交換機，通過超六類網線連接計算機、PLC和視頻服務器。本系統實現的關鍵是在以太網上同時傳輸視頻信息和控制、數據信息，並在同一組態軟件中實現工藝監控和視頻監控功能。
2、“兩網合一”的具體實現
2.1 PLC組態和編程
在SIMATIC STEP7中進行PLC硬件和網絡組態，以太網模塊的IP地址可設置為192.168.0.2，子網掩碼為255.255.255.0。在DB塊中建立與上位機通訊用的變量，包括BOOL、INT等數據類型。然后編制多個FC控制程序，通過MPI電纜下載到PLC中。
2.2 視頻設備設置
視頻設備主要有攝像機、鏡頭、雲台、解碼器和視頻服務器。解碼器通過標准電壓信號控制雲台上下左右動作和鏡頭的變焦、聚焦調節，它與視頻服務器之間通過 RS485總線進行通訊，每個解碼器要設置不同的通訊地址如1和2。視頻服務器通過設置軟件設定其IP地址、子網掩碼等參數，如IP地址為192.168.0.64，子網掩碼為255.255.255.0。
2.3 監控軟件的綜合開發
2.3.1 連接網絡攝像頭，把電腦IP與PLC IP、攝像頭IP改為同一網段內。
2.3.2 注冊海康威視攝像頭OCX控件。在文件上右鍵點擊打開方式，找到regsvr32.exe點打開，再確定。
2.3.3 在工程畫面中點擊插入通用控件。
2.3.4 選擇NetVideoActiveX23控件。
2.3.5 添加控制按鈕。
2.3.6 更改字符串為需要顯示文字。
2.3.7 雙擊打開動畫連接屬性，點擊按下時出現命令語言頁面寫入需要的命令，點擊確定退出。
2.3.8 點擊開發畫面中文件---全部存，保存畫面。
2.3.9 點擊開發畫面中文件---切換到View，打開運行畫面，點擊登錄，開始預覽，即可顯示攝像頭監控畫面。
2.3.10 常用命令語言如下
a、登錄Login("192.0.0.64",8000,"admin","12345");
b、開始預覽StartRealPlay(0,0,0);
c、雲台開始命令PTZCtrlStart(0,3);（0 -- 雲台向上，1 -- 雲台向下，2 -- 雲台向左，3 -- 雲台向右， 4 -- 焦距縮進，5 -- 焦距拉遠，6 -- 焦點近，7 -- 焦點遠，8 -- 光圈小，9 -- 光圈大，10 – 自動, 11 – 燈光， 12 – 雨刷，13 - 雲台左上, 14 - 雲台右上, 15 - 雲台左下, 16 - 雲台右下）。
d、雲台停止PTZCtrlStop(0,3);（0 -- 雲台向上，1 -- 雲台向下，2 -- 雲台向左，3 -- 雲台向右， 4 -- 焦距縮進，5 -- 焦距拉遠，6 -- 焦點近，7 -- 焦點遠，8 -- 光圈小，9 -- 光圈大，10 – 自動, 11 – 燈光， 12 – 雨刷，13 - 雲台左上, 14 - 雲台右上, 15 - 雲台左下, 16 - 雲台右下）。
3、結語
本文設計的自動控制系統和視頻監控系統“兩網合一”方案具有以下特點：
(1) 是一個開放的系統，PLC站、視頻監控點、監控計算機都可根據需要隨時增減，系統擴展不需要結構改變;
(2) 可以把視頻服務器、視頻前端設備和PLC控制站放置在現場，只要一根網線即可與監控中心的計算機連接，大大減少了布線;
(3) 監控中心只需要一台計算機和一套監控軟件即可實現全部監控功能，既便於操作又減少維護工作量;
(4) 采用視頻服務器比采用視頻采集卡更能分散計算機數據處理的工作量，而且使控制和視頻真正在同一網絡傳輸，更適用於遠程網絡監控。