一．引言
現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是以電視、廣播、網(wǎng)絡(luò)、電話、函授等多種傳播媒體和信息傳輸方法進(jìn)行教育的一種新型教育模式，它突破了教師和學(xué)生在時(shí)間和空間上的障礙，使學(xué)生可以在具有傳媒或信息的地方進(jìn)行學(xué)習(xí)。
理論和實(shí)踐是教育的兩個(gè)重要方面，然而在目前的遠(yuǎn)程教育中，發(fā)展是不平衡的，在遠(yuǎn)程的課堂教育中，目前有雙向視頻、VCO點(diǎn)播、BBS討論和答疑、Email作業(yè)及批改等多種形式的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育方式；而在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，特別是理工科專(zhuān)業(yè)，適合遠(yuǎn)程教育特點(diǎn)的配套實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較少，更缺乏像遠(yuǎn)程遙控之類(lèi)不受時(shí)間和空間限制的實(shí)驗(yàn)。在這種情況下，我們開(kāi)展了遠(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)的研究，并取得了計(jì)算機(jī)人機(jī) 操作界面（HMI）、可編程控制器（PLC）、交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)（AC Servo Motor Controller）、多功能仿真實(shí)驗(yàn)箱、全自動(dòng)機(jī)械設(shè)備等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的遠(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)探索，已取得初步成功并得到應(yīng)用。WebAccess就是其中一個(gè)成功的案例，網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess是完全基于瀏覽器的人機(jī)界面（HMI）和數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)軟件，遠(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用WebAccess通過(guò)計(jì)算機(jī)Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)去實(shí)現(xiàn)對(duì)一種機(jī)械實(shí)驗(yàn)設(shè)備控制、并監(jiān)視該設(shè)備的運(yùn)行狀況。
本文中介紹一臺(tái)由PLC控制的全自動(dòng)紙幣捆扎機(jī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)（這臺(tái)設(shè)備的PLC控制程序也可以使用遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)方法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編程、調(diào)試。這些內(nèi)容不在本文討論范圍之內(nèi)）。
二．遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)的基本構(gòu)建
遠(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)是以軍事和工業(yè)生產(chǎn)中的遙控方法為參考，但和它們又不一樣，遙控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有兩大特點(diǎn)：１．作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，成本不能很高；２．要滿(mǎn)足從基礎(chǔ)或者說(shuō)從“０”開(kāi)始編程的要求，也就是說(shuō)軍事或工業(yè)的遙控，主要實(shí)現(xiàn)的是操作過(guò)程，而實(shí)驗(yàn)設(shè)備的遙控是根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求建立控制規(guī)律并實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是遠(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，可以是因特網(wǎng)，也可以是局域網(wǎng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生的客戶(hù)機(jī)登陸到實(shí)驗(yàn)室的工作站上，運(yùn)行相應(yīng)的遠(yuǎn)程遙控軟件，即可對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行編程、調(diào)試、運(yùn)行等實(shí)驗(yàn)操作。WebAccess遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如下圖所示。
遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)的組成，分為硬件和軟件兩大部分。硬件除了計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)外，還需要相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足遠(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)的需要?？梢园凑者h(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，或者將常規(guī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行改造。WebAccess監(jiān)控的全自動(dòng)紙幣捆扎實(shí)驗(yàn)機(jī)是按照銀行使用的工業(yè)設(shè)備進(jìn)行改造的遙控實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
軟件部分包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，使用不同的應(yīng)用軟件，Web Access就是一種應(yīng)用軟件，它是基于網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的架構(gòu)的網(wǎng)際組態(tài)軟件，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控、繪圖、修改、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，并且其免費(fèi)無(wú)限客戶(hù)端的功能非常適合應(yīng)用于遠(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
三．網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess 的主要功能
WebAccess是研華公司推出的一種網(wǎng)絡(luò)化組態(tài)軟件，WebAccess完全是以網(wǎng)絡(luò)瀏覽器Internet Explore為基礎(chǔ)的，和傳統(tǒng)的組態(tài)軟件相比較，其基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的內(nèi)核兼有傳統(tǒng)組態(tài)軟件的單機(jī)功能和網(wǎng)絡(luò)功能，而且在網(wǎng)絡(luò)功能上克服了傳統(tǒng)組態(tài)軟件的諸多架構(gòu)局限，將有潛力成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的特色自動(dòng)化軟件。而本應(yīng)用案例也充分發(fā)揮了網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess的網(wǎng)絡(luò)功能。
Web Access是由客戶(hù)端、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、工程節(jié)點(diǎn)三部分組成。WebAccess的客戶(hù)端用 Web瀏覽器來(lái)充當(dāng)一個(gè)全功能的操作員站和工程師站，它是一個(gè)插件程序，運(yùn)行與瀏覽器有關(guān)。WebAccess 客戶(hù)端實(shí)際上是一種人機(jī)界面（ＨＭＩ）軟件，提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)顯示、動(dòng)畫(huà)、趨勢(shì)、報(bào)警和報(bào)告等功能，以滿(mǎn)足工程控制的需要。WebAccess 客戶(hù)端使用TCP/IP協(xié)議通過(guò)因特網(wǎng)或局域網(wǎng)和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)連接。
Web Access 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)是一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，它于自動(dòng)化設(shè)備相連接并通信，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)軟件安裝在遠(yuǎn)程的工作站計(jì)算機(jī)中，提供管理控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能，包括：通訊驅(qū)動(dòng)程序；報(bào)告和趨勢(shì)記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；報(bào)警及其記錄；安全和事件記錄等。
WebAccess 工程節(jié)點(diǎn)作為集中的數(shù)據(jù)庫(kù)和web 服務(wù)器，提供客戶(hù)端和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)間的初始連接，提供“工程管理員”功能以創(chuàng)建Ｉ／Ｏ數(shù)據(jù)庫(kù)，報(bào)警和圖形等。
Web Access軟件除了具有一般組態(tài)軟件所具有的常用的繪圖，建點(diǎn)，動(dòng)畫(huà)，數(shù)據(jù)顯示，趨勢(shì)圖，事件報(bào)警，記錄和報(bào)表等功能外，具有以下特點(diǎn)：
1. 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷維護(hù)，遠(yuǎn)程建構(gòu)、修改圖形及數(shù)據(jù)庫(kù)；
2. 先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)，方便用戶(hù)工作中既可以先設(shè)定硬件，也可以先繪圖形，高效靈活；
3. 多工非同步建構(gòu)功能，允許多用戶(hù)同時(shí)建構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，完全具備網(wǎng)絡(luò)多用戶(hù)功能；
4. 多疊式網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)（防火墻＋內(nèi)建安全系統(tǒng)），保護(hù)用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全。
5. 矢量繪圖方式，圖形大小不易失真，在不同分辨率、不同大小的顯示器上無(wú)須調(diào)整界面大??；并且可直接導(dǎo)入 AutoCAD的DXF文件，進(jìn)行全功能的編輯。
6. 簡(jiǎn)易的TCL 腳本，便于在不同的操作平臺(tái)、不同的瀏覽器上都能發(fā)揮功能。
Web Access的這些特點(diǎn)，特別是遠(yuǎn)程診斷維護(hù)、遠(yuǎn)程的操作、控制功能和多用戶(hù)功能，對(duì)于建立遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是非常有用的
四．應(yīng)用實(shí)例——全自動(dòng)紙幣捆扎機(jī)
全自動(dòng)紙幣捆扎機(jī)是我校機(jī)械實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)機(jī)電一體化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，屬于自動(dòng)機(jī)械類(lèi)。采用三菱可編程控制器（FX1N--60MT）控制設(shè)備的８?jìng)€(gè)電動(dòng)機(jī)，２個(gè)電磁鐵，２個(gè)加熱器等部件。它的功能是實(shí)現(xiàn)成疊紙幣的一縱兩橫三次捆扎，整個(gè)工作過(guò)程是可以全自動(dòng)進(jìn)行的，捆扎機(jī)的自動(dòng)工作過(guò)程如下：
將一疊紙幣放入捆扎機(jī)定位擋板的位置——按啟動(dòng)按鈕——定位擋板打開(kāi)——橫梁壓緊紙幣——送帶形成環(huán)狀——壓緊帶頭——抽緊帶子——下加熱器上升，加熱帶頭重疊部分——割刀上升割斷帶尾——下加熱器和割刀下降（完成一縱的捆扎）——橫梁微升——機(jī)械手持幣左轉(zhuǎn)９０度——（重復(fù)上述從橫梁壓緊后的工作過(guò)程，同時(shí)進(jìn)行縱向和橫向捆扎帶十字交差部分的熔接）上加熱器下降——加熱交差部分——上加熱器上升——（若上、下部分工作都完成，則完成了一橫的捆扎）——橫梁微升——機(jī)械手持幣右轉(zhuǎn)１８０度——（重復(fù)上述從橫梁壓緊后一橫的工作過(guò)程，包括上加熱。完成二橫的捆扎過(guò)程）————橫梁微升——機(jī)械手持幣左轉(zhuǎn)９０度居中——橫梁壓緊——釋放持幣機(jī)械手——橫梁上升——定位擋板關(guān)閉（完成全部捆扎過(guò)程）。整個(gè)自動(dòng)過(guò)程由PLC（可編程控制器）控制。
Web Access是作為捆扎機(jī)的監(jiān)控和操作界面疊加在設(shè)備的PLC上，根據(jù)捆扎機(jī)的工作過(guò)程要求，進(jìn)行Web Access的設(shè)計(jì)：
1. 建立捆扎機(jī)的工程項(xiàng)目，包括用戶(hù)名，密碼，工程名，IP地址等；添加節(jié)點(diǎn)，啟動(dòng)核心程序；設(shè)置通訊端口參 數(shù)。對(duì)三菱FX系列PLC，通訊參數(shù)可選擇9600波特率，７位數(shù)據(jù)位，１位停止位，EVEN(偶校驗(yàn))；
2. 定義該設(shè)備PLC的控制點(diǎn)，整機(jī)共使用近60個(gè)控制點(diǎn)，主要是各個(gè)工作畫(huà)面的狀態(tài)顯示和操作控制所需要 PLC的X、Y、M、D點(diǎn)；
3. 設(shè)計(jì)工作畫(huà)面，包括開(kāi)機(jī)畫(huà)面、功能選擇畫(huà)面、主要（自動(dòng)）工作畫(huà)面、手動(dòng)工作畫(huà)面、參數(shù)設(shè)置畫(huà)面、故障 復(fù)位畫(huà)面等。完成各個(gè)工作畫(huà)面的繪圖；
4. 分配各個(gè)工作畫(huà)面所需要的控制點(diǎn)，包括：
在主要（自動(dòng)）工作畫(huà)面中，主要是各個(gè)電動(dòng)機(jī)、電磁鐵和加熱器的工作狀態(tài)顯示，啟動(dòng)、停止、送／收帶操 作按扭等，以及票面選擇、報(bào)警等畫(huà)面切換按扭；
在手動(dòng)工作畫(huà)面中，主要是各個(gè)電動(dòng)機(jī)、電磁鐵的手動(dòng)操作及其狀態(tài)顯示；
在參數(shù)設(shè)置畫(huà)面中，對(duì)各個(gè)捆扎過(guò)程的主要參數(shù)，例如送帶長(zhǎng)度、加熱時(shí)間等工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
其他畫(huà)面的設(shè)置，等等。
5. 建立各個(gè)點(diǎn)的動(dòng)畫(huà)連接及腳本語(yǔ)句。
將完成的Web Access設(shè)計(jì)保存到磁盤(pán)后（DRW和BGR兩種文件格式），通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從Client下載到Node節(jié)點(diǎn)并啟 動(dòng)節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，即可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、修改程序，直到完成整個(gè)工作過(guò)程。
五．結(jié)束語(yǔ)
在遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于WebAccess的工作過(guò)程，都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，因此參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生真正參與到通過(guò)遠(yuǎn)程遙控來(lái)控制一個(gè)真實(shí)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，這對(duì)于鞏固理論知識(shí)，提高動(dòng)手能力的幫助是非常大的。
從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，通過(guò)網(wǎng)際組態(tài)軟件遠(yuǎn)程遙控實(shí)驗(yàn)，既學(xué)習(xí)了遙控的基本方法，又能對(duì)自動(dòng)化軟件這一領(lǐng)域深入地了解，擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。
對(duì)于學(xué)校的開(kāi)放教育來(lái)說(shuō)，特別是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的不斷深入，自動(dòng)化教育領(lǐng)域也向著網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)在實(shí)驗(yàn)期間可以２４小時(shí)開(kāi)機(jī)，網(wǎng)際組態(tài)軟件的應(yīng)用，對(duì)以業(yè)余學(xué)習(xí)為主的學(xué)生，不管身處何地、身居何時(shí)，都可以靈活安排上網(wǎng)時(shí)間，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，既不影響工作，又不影響學(xué)習(xí)。
WebAccess的免費(fèi)無(wú)限客戶(hù)端的功能，不管同時(shí)參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有多少，都能為異地的學(xué)生同時(shí)參加實(shí)驗(yàn)提供了良好的環(huán)境。
在使用網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess的時(shí)候，稍感不足的是：由于采用了矢量繪圖方式，在繪圖過(guò)程中，放大畫(huà)面后，畫(huà)面響應(yīng)速度變慢。
