【S7-1200 CAN远程控制实战】：远程访问与监控技术揭秘


参考资源链接：[西门子S7-1200 CAN总线通信教程：从组态到编程详解](https://wenku.csdn.net/doc/5f5h0svh9g?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. S7-1200 CAN远程控制基础

在工业自动化领域，远程控制技术的应用已成为提高生产效率和实现智能制造的关键。作为众多自动化解决方案中的一员，西门子S7-1200 PLC（可编程逻辑控制器）凭借其强大的处理能力和灵活的通讯接口，成为了这一领域的佼佼者。借助CAN（Controller Area Network）总线技术，S7-1200 PLC不仅能够实现现场设备的高效互联，还能通过远程访问，实现跨距离的实时监控和控制。本章将从基础概念入手，为您揭开S7-1200 CAN远程控制的神秘面纱。

## 1.1 S7-1200 PLC简介

S7-1200是西门子公司推出的一款紧凑型PLC，主要用于小到中等规模的自动化应用。它支持多种通讯协议，如以太网、PROFINET、RS-485等，并且配备了集成的CAN接口。这一接口使得S7-1200 PLC能够在工业车辆、建筑自动化和其他需要CAN总线应用的场合中发挥作用。

## 1.2 CAN总线技术简介

CAN（Controller Area Network）是一种基于消息的、支持分布式实时控制的网络技术。由于其高可靠性、高速度和强抗干扰能力，CAN总线在汽车、工业自动化等多个领域得到了广泛应用。CAN总线采用非破坏性的仲裁方式，有效地解决了总线冲突问题，确保了数据传输的实时性。

## 1.3 远程控制的意义

远程控制是指通过远程网络对自动化设备进行监控和操作的过程。对于S7-1200 PLC来说，远程控制的实现意味着生产者可以在任何有互联网接入的地点，实时监控和调整生产过程，从而大幅提高生产效率和灵活性。此外，远程维护和故障排查也变得更为便捷，为企业的稳定运行提供了强有力的技术保障。

# 2. S7-1200 CAN远程访问架构

## 2.1 S7-1200 PLC CAN通信概述

### 2.1.1 CAN总线技术简介

控制器局域网络（Controller Area Network，简称CAN）是一种强健的车辆总线标准，设计用来允许微控制器和设备之间在没有主机计算机的情况下进行通信。CAN总线技术以其高可靠性和实时性，广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备等多个领域。它支持多主控制，具有错误检测和处理机制，确保了通信数据的完整性和安全性。

在S7-1200 PLC中，CAN通信模块是一种附加的通讯扩展，它允许设备通过CAN总线与其他设备互联。S7-1200 CAN模块不仅可以连接更多的传感器和执行器，而且能够实现更远距离的数据传输，适用于需要远程监控和控制的场景。

### 2.1.2 S7-1200 PLC CAN模块特性

S7-1200 PLC的CAN模块提供了一系列的高级特性，例如：

- **多主通信**: 支持多主设备间的通信，能够在网络中同时有多个发送者。
- **菊花链拓扑**: 通过CAN菊花链，可以将多个设备串联起来，减少布线成本和复杂性。
- **数据传输速率**: 提供不同的数据传输速率，从50kBit/s到1MBit/s。
- **诊断功能**: 强大的诊断功能，可以快速定位网络和设备故障。

通过这些特性，S7-1200 PLC的CAN模块能够灵活地适应各种工业环境，并且提供稳定的通信解决方案。

## 2.2 远程访问技术解析

### 2.2.1 远程访问的必要性和应用场景

随着技术的发展和企业需求的不断变化，远程访问技术已经成为自动化领域的一个关键组成部分。远程访问的必要性主要体现在以下几个方面：

- **全球化运营管理**: 对于跨国运营的企业来说，通过远程访问可以实现全球范围内的生产监控和管理。
- **减少现场操作**: 远程访问减少了对现场操作的依赖，提升了工作效率并降低了运营成本。
- **及时性维护**: 能够及时响应设备异常，实现预防性维护，缩短设备停机时间。

应用场景包括但不限于：

- 工厂自动化生产线监控
- 分布式能源管理系统
- 远程设施监控和维护

### 2.2.2 常见的远程访问协议与技术

为了实现远程访问，有多种协议和技术可供选择，其中包括：

- **远程桌面协议（RDP）**: 允许用户远程连接并操作另一台电脑。
- **虚拟专用网络（VPN）**: 为远程用户提供安全的网络连接，确保数据传输的安全。
- **超文本传输协议（HTTP）**: 通过网络浏览器实现远程访问。
- **工业协议**: 如OPC UA、Modbus TCP等，支持工业环境中的设备连接和数据交换。

每种技术都有其优缺点，选择合适的协议或技术取决于应用场景、数据传输的安全要求和设备兼容性。

## 2.3 安全机制与认证

### 2.3.1 远程访问中的安全挑战

远程访问虽然方便，但同时也带来了一系列安全挑战。主要的安全风险包括：

- **未经授权访问**: 远程接入增加了未授权用户访问企业系统的机会。
- **数据泄露**: 数据在互联网上传输过程中可能会被截获或篡改。
- **恶意软件攻击**: 远程设备可能受到网络钓鱼、病毒等恶意软件的攻击。

因此，实施远程访问时，企业必须采取有效的安全措施来确保系统的安全性。

### 2.3.2 认证机制的设置和配置

在S7-1200 PLC的远程访问中，认证机制是确保安全的关键环节。典型的认证机制包括：

- **用户权限管理**: 根据用户角色设置不同的访问权限。
- **密码策略**: 强制使用复杂密码并定期更换。
- **双因素认证**: 提供额外的安全层，例如使用手机验证短信或认证应用。

此外，一些高级的配置还可以包括使用证书、硬件令牌等来进一步增强安全性。通过这些认证机制的设置和配置，可以有效地防止未经授权的访问，保证了远程访问的安全性。

# 3. S7-1200 CAN远程监控实现

## 3.1 监控系统的构建基础

### 3.1.1 监控系统的组成和工作原理

监控系统是工业自动化领域的核心组成部分，它通过收集、处理和展示数据来实现对设备运行状态的实时监控和管理。一个典型的监控系统包括传感器、执行器、数据通信网络以及监控软件等。传感器负责收集现场数据，如温度、压力、流量等；执行器根据监控系统的指示执行操作，如启动、停止或调节设备；数据通信网络将传感器数据传输给监控中心，同时将控制指令发送给执行器；监控软件则提供用户界面，方便操作人员实时查看状态和进行干预。

S7-1200 PLC作为监控系统的重要组成部分，它的主要任务是处理传感器收集的数据，执行由监控软件发送的控制指令，并与现场设备进行通信。通过其集成的CAN模块，S7-1200 PLC能够高效地与支持CAN协议的设备进行数据交换，为远程监控提供可靠的数据通道。

工作原理上，监控系统首先通过传感器捕获物理环境的变化，这些数据通常以电信号的形式传输至PLC。PLC内置的程序负责对数据进行解析和逻辑运算，根据预设的控制逻辑执行相应的动作。然后，PLC将处理后的数据和状态信息通过CAN总线发送到网络中，其他节点设备，比如操作站、服务器或者远程监控终端，可以接收这些信息用于显示、记录或进一步的分析处理。

### 3.1.2 S7-1200 PLC在监控系统中的角色

在监控系统中，S7-1200 PLC承担了信息采集、处理、控制和通信四大关键功能。首先，作为信息采集的前端设备，PLC能够与各种传感器和执行器连接，对现场数据进行实时采集。接下来，PLC通过内置的CPU和程序逻辑对采集到的数据进行处理和分析，以满足自动化控制的需求。

在处理数据的同时，S7-1200 PLC还会根据用户定义的控制逻辑来发出控制指令，驱动执行器工作。例如，根据温度传感器的数据判断是否需要启动冷气系统，或者根据流量传感器的数据控制泵的运转速度。

此外，PLC还扮演着信息通讯的角色。通过其强大的通信功能，如PROFINET、Modbus TCP、CAN等协议，S7-1200 PLC可以将现场数据和控制指令高效地传输至其他系统或设备，实现系统的互联互通。

最后，S7-1200 PLC还提供了友好的人机界面（HMI）和远程监控接口，让操作人员能够实时监控设备状态，进行必要的手动干预，或者从远程位置通过网络访问和控制系统。

## 3.2 数据采集与处理

### 3.2.1 实时数据采集方法

在S7-1200 PLC的远程监控系统中，实时数据采集是确保系统准确、高效运行的基础。数据采集通常涉及以下步骤：

1. **传感器配置：**首先，需要对连接到PLC的传感器进行适当配置，包括测量范围、信号类型和采样频率等，以确保传感器可以正确地检测到需要的数据。

2. **数据读取：**在配置传感器后，PLC的输入模块会周期性地读取传感器的数据。对于模拟输入，这通常涉及到模数转换，将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。

3. **滤波处理：**由于传感器可能会受到环境噪声的影响，采集的数据往往需要经过滤波处理，以去除可能的干扰和噪声。

4. **数据记录：**采集到的数据需要记录在PLC的数据块（DB）中，以便程序逻辑可以访问并根据数据做出决策。

以下是一个简单的示例代码块，展示了如何在S7-1200 PLC中使用TIA Portal编程环境进行模拟输入的读取和处理。

// 假设MB100为模拟输入模块的起始地址
// DB1.DBX0.0为输入数据块的标志位，表示数据读取完成
// DB1.DBD2为模拟输入的值，经转换后的整数形式

// 检查数据是否准备好
IF DB1.DBX0.0 THEN
    // 数据已准备好，进行处理
    // 这里可以添加应用逻辑，比如将数据写入到某个输出或进行控制决策
    // ...

    // 清除标志位，准备下一次数据读取
    DB1.DBX0.0 := FALSE;
END_IF;

在这段代码中，首先检查DB1.DBX0.0标志位以确定模拟输入数据是否已经准备好。一旦数据准备就绪，PLC程序就会执行相关的逻辑处理。处理完成后，标志位会被清除，以准备下一次数据采集周期。

### 3.2.2 数据的传输、存储与分析

一旦数据被采集到PLC后，下一步是如何有效地传输、存储和分析这些数据。在这个过程中，需要确保数据的实时性和准确性，这对于监控系统来说至关重要。

**数据传输**通常会使用工业通信网络，如以太网、PROFINET或者本章关注的CAN总线。PLC通过这些网络接口将数据发送到监控软件所在的服务器或操作站。数据传输过