淺談PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)

摘要：當今設備的維護過程是典型的有故障才有反應的過程，故障后生產(chǎn)停頓，造成巨大的損失，并且現(xiàn)場故障診斷與維護費用昂貴，因此，對工業(yè)現(xiàn)場進行實時準確的預防、維護和診斷的遠端設備的需求越來越迫切。文章介紹的遠程實時監(jiān)測診斷維護系統(tǒng)可由行業(yè)專家、設備提供商和用戶三方共同參與維護與診斷，不僅提高了設備提供企業(yè)對設備故障的綜合防范能力和診斷水平，在大幅度降低故障率的同時為客戶提供了更快捷的服務。

關(guān)鍵詞：故障診斷；遠程監(jiān)控；實時監(jiān)測診斷；PLC；電氣設備；自動化 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP277 文章編號：1009-2374（2015）01-0085-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0043

隨著互聯(lián)網(wǎng)和電氣技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設備的自動化水平越來越高，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場有更多的自動化需求，希望能借助于互聯(lián)網(wǎng)的方便快捷來實現(xiàn)。PLC遠程監(jiān)控、故障分析系統(tǒng)使用戶通過Internet網(wǎng)絡對設備進行遠端實時維護，既減少了設備工程師的現(xiàn)場維護時間和費用成本，也為用戶短時間解決故障問題，有效減少了客戶損失。

1 系統(tǒng)需求背景分析

科學技術(shù)的發(fā)展促進了生產(chǎn)力的提升，各種設備制造商也如雨后春筍般發(fā)展起來，設備制造商已經(jīng)成為生產(chǎn)力發(fā)展的重要推動力量。生產(chǎn)出來的設備必然存在出現(xiàn)問題的時候，當制造商將設備賣到世界各地的用戶處，一旦設備出現(xiàn)問題，用戶撥打廠商的服務電話求助，廠商派出維護工程師前往客戶現(xiàn)場進行檢查和維修，在這個過程中，有可能出現(xiàn)維護工程師攜帶的配件不合適，有可能維護工程師在現(xiàn)場不能解決問題，需要更高級的工程師到現(xiàn)場才能解決問題。整個維護的過程是典型的有故障才有反應的過程，這樣的故障/反應式維護只能在設備故障停機后才能起到作用。

圖1

PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)方便地實現(xiàn)了對工業(yè)現(xiàn)場自動化設備的異地監(jiān)控與維護，更合理地利用設備供應商、工程師、客戶的售后人員和現(xiàn)場資源，實現(xiàn)三方對設備的共同維護，有效提高了系統(tǒng)整體維護水平，大大降低了故障率，保障了客戶的正常生產(chǎn)，具有極高的實際應用價值和戰(zhàn)略意義。

許多設備制造廠商已經(jīng)意識到以上的問題，所以采取了一些信息化的技術(shù)手段來加強遠程診斷和遠程控制的能力。他們將部分重要客戶的機器聯(lián)網(wǎng)，當設備發(fā)生故障時，可以將機器遠程連接進診斷中心，由廠商的高級工程師進行遠程的診斷，并可以進行一些遠程維修工作，如果在線工程師判斷需要派現(xiàn)場工程師到用戶處，現(xiàn)場維護工程師才前往用戶場地進行維修，這時，工程師已經(jīng)作了初步的判斷，配件的準備也會盡量準確。這樣的方式能夠快速地解決用戶設備的部分問題，而且降低了維護成本，為用戶提供了更多的維護服務。

圖2 圖3

中國正逐步成為世界的制造中心，與此同時，工業(yè)設備的自動化程度日益增高，設備控制工藝變得越來越繁雜和精密，因此設備產(chǎn)品維修服務的速度、售后質(zhì)量越來越受到客戶的重視。每次去用戶現(xiàn)場進行故障診斷與維護的成本成為設備供應商不得不考慮的成本構(gòu)成，因此，迫切需要建立起能夠?qū)崿F(xiàn)對設備的運行進行遠程監(jiān)控、故障診斷分析的系統(tǒng)，通過對設備運行數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)測和分析，讓工程師可以實時了解設備現(xiàn)場的運行狀況，以此為根據(jù)讓設備供應商為用戶提供檢修、維護計劃和備品備件供應服務，同時通過對工業(yè)現(xiàn)場運行情況監(jiān)測診斷經(jīng)驗的不斷積累，為自動化設備的設計和制造工藝的改進、產(chǎn)品創(chuàng)新提供科學依據(jù)。

互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代的到來，為全行業(yè)的發(fā)展更新了理念，把PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析概念提高到了一個新的層次，在設備供應商、工程師和客戶之間建立了有效的信息溝通通道，讓三者更加緊密地結(jié)合在一起。對PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)的研究意義重大：（1）搭建了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)了設備供應商、生產(chǎn)企業(yè)和工程師之間的資源共享，便于維護開發(fā)；（2）生產(chǎn)企業(yè)通過遠程監(jiān)控互聯(lián)網(wǎng)平臺獲得最新的設備診斷和維護技術(shù)，提高了企業(yè)對運行設備故障的防范能力；（3）設備供應商變“被動服務”為“主動服務”，通過建立PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)，對設備運行數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)測和分析，及時全面了解自動化設備的運行狀況，進行遠程在線維護，節(jié)約了維護成本，提高了售后服務的反應速度和質(zhì)量；（4）提高了設備生產(chǎn)設計工程師的研究水平，通過對設備運行情況的實時監(jiān)測診斷的經(jīng)驗積累，為自動化設備的設計和制造工藝的更新提供科學依據(jù)；（5）同時通過遠程視頻攝像頭可以實時監(jiān)控現(xiàn)場的設備運行情況（視頻速度由網(wǎng)絡速度決定）。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 傳統(tǒng)現(xiàn)場設備維護方式與遠程維護方式對比

目前，現(xiàn)場設備維護主要采用現(xiàn)場維護或PSTN電話線的遠程維護。采用電話線傳輸數(shù)據(jù)時，由于每次撥號都需要等待，速度慢，而且費用也較高。同時，由于設備分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此需申請很多電話線，而且有些設備放置地方有線線路難以到達，造成維護難度大，維護成本很高。即使采用CSD方式，因為CSD也是通過PSTN網(wǎng)絡進行，同樣存在撥號等待問題，另外CSD的方式已經(jīng)逐漸退出市場，而且傳輸速率低，對于現(xiàn)場設備維護實時性造成一定的困擾。遠程維護方案提供了安全更新控制器的新途徑，可以大大節(jié)約維護成本，提高快速服務的能力。該系統(tǒng)方案配置了智能聯(lián)網(wǎng)設備——InRouter系列產(chǎn)品或者InDtu系列產(chǎn)品、網(wǎng)管軟件——Device Manager、遠程維護軟件——Device Touch三大軟件，且該方案具有三大特點：建立專用通道，使用現(xiàn)有現(xiàn)場設備編程軟件，實現(xiàn)遠程編程；安全遠程更新控制器程序；投資少，經(jīng)濟實用，操作簡便。因此，遠程維護方式取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場設備維護方式已經(jīng)成為必然。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)傳輸端和管理中心端三個部分組成。采用先進的GPRS/CDMA/TD-SCDMA/CDMA200-EVDO/WCDMA等無線通訊方式，無需布線即可實現(xiàn)整個區(qū)域無縫隙覆蓋，可將需要管理的現(xiàn)場設備都納入該系統(tǒng)。在管理中心實時監(jiān)控各個現(xiàn)場設備收集到的機臺狀態(tài)參數(shù)，并顯示于屏幕上。通過管理中心的數(shù)據(jù)收集、分析和處理，可將執(zhí)行指令分別下發(fā)到各個現(xiàn)場設備，對機臺進行遠程診斷和維護。即使身在他處的工程師，只要能上網(wǎng)就可遠程登錄界面，輕松實現(xiàn)對現(xiàn)場機器的狀態(tài)掌控，猶如身臨其境。同時在本系統(tǒng)中配備了網(wǎng)絡視頻監(jiān)控，維護工程師也可以同時登錄視頻監(jiān)控來觀察現(xiàn)場情況。endprint

2.3 系統(tǒng)組成

2.3.1 3G無線路由器（內(nèi)裝有手機SIM卡）：系統(tǒng)選用在電力、工業(yè)、交通、金融等領(lǐng)域廣泛應用的InRouter700系列路由器，該路由器為工業(yè)級無線3G路由器，并集成工業(yè)以太網(wǎng)交換、工業(yè)串口及智能協(xié)議處理等功能，完全滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場遠程監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的要求。

圖4 圖5

Router700系列產(chǎn)品為用戶提供單網(wǎng)口/四網(wǎng)口、內(nèi)置/外置通信模塊、超低功耗等多種選擇。產(chǎn)品供電及串口采用工業(yè)接線端子方式接入，符合工業(yè)客戶的需求，采用DIN導軌安裝，外殼具有接地端子。

該產(chǎn)品系列具有VPN功能，網(wǎng)絡應用安全性高，保證通信數(shù)據(jù)在安全的IPSec VPN隧道中傳輸，有效防止數(shù)據(jù)被竊聽和篡改。

2.3.2 無線網(wǎng)絡攝像機：IPCAM是一個集成的無線網(wǎng)絡攝像機解決方案，它把高品質(zhì)的與網(wǎng)絡相連的數(shù)字視頻攝像機和強大的網(wǎng)絡服務器結(jié)合在一起，把來自本地網(wǎng)絡或者互聯(lián)網(wǎng)的圖像清晰地展示到您的桌面。IPCAM的基本功能是通過網(wǎng)絡傳輸遠程視頻數(shù)據(jù)，采用M-JPEG硬件壓縮技術(shù)，高質(zhì)量的視頻圖像在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)上的傳輸速度可達到每秒30幀。IPCAM視頻數(shù)據(jù)的傳輸基于TCP/IP協(xié)議。內(nèi)置Web服務器，支持Inertnet Explore，因此，使用網(wǎng)絡管理和維護您的設備，實現(xiàn)遠程配置，啟動和升級固件，變得更簡單。您可以使用IPCAM監(jiān)控您家庭和辦公室一些特殊區(qū)域，也可以通過網(wǎng)絡控制攝像機管理圖片，一切都是通過簡單的網(wǎng)絡訪問來實現(xiàn)。

圖6

2.3.3 監(jiān)控中心VPN防火墻：需要在監(jiān)控中心建立IPSec VPN，以此來與現(xiàn)場自動化設備建立無線通訊。

圖7

3 結(jié)語

該PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)可靠性高，安全性能好。系統(tǒng)通過功能強大的在線分析，能準確而及時地把握整個生產(chǎn)企業(yè)自動化設備的運行狀況，準確捕獲運行故障隱患，完成在線分析、診斷。PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)快速地解決了用戶設備的故障問題，提高了企業(yè)對新型故障的防范能力，降低了故障率，而且降低了維護成本，為用戶提供了更多的維護服務，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的推廣前景。

參考文獻

[1] 李鳳閣，佟為明.電氣控制與可編程序控制器應用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2] 浙江大學羅克韋爾自動化技術(shù)中心.可編程序控制器系統(tǒng)[M].杭州：浙江大學出版社，2000.

[3] 錢曉龍.MicroLogix控制器應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：李正訓（1972—），男，山東萊蕪人，山東泰安煤礦機械有限公司高級工程師，研究方向：液壓、電氣控制系統(tǒng)的設計及開發(fā)。

（責任編輯：黃銀芳）endprint

2.3 系統(tǒng)組成

2.3.1 3G無線路由器（內(nèi)裝有手機SIM卡）：系統(tǒng)選用在電力、工業(yè)、交通、金融等領(lǐng)域廣泛應用的InRouter700系列路由器，該路由器為工業(yè)級無線3G路由器，并集成工業(yè)以太網(wǎng)交換、工業(yè)串口及智能協(xié)議處理等功能，完全滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場遠程監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的要求。

圖4 圖5

Router700系列產(chǎn)品為用戶提供單網(wǎng)口/四網(wǎng)口、內(nèi)置/外置通信模塊、超低功耗等多種選擇。產(chǎn)品供電及串口采用工業(yè)接線端子方式接入，符合工業(yè)客戶的需求，采用DIN導軌安裝，外殼具有接地端子。

該產(chǎn)品系列具有VPN功能，網(wǎng)絡應用安全性高，保證通信數(shù)據(jù)在安全的IPSec VPN隧道中傳輸，有效防止數(shù)據(jù)被竊聽和篡改。

2.3.2 無線網(wǎng)絡攝像機：IPCAM是一個集成的無線網(wǎng)絡攝像機解決方案，它把高品質(zhì)的與網(wǎng)絡相連的數(shù)字視頻攝像機和強大的網(wǎng)絡服務器結(jié)合在一起，把來自本地網(wǎng)絡或者互聯(lián)網(wǎng)的圖像清晰地展示到您的桌面。IPCAM的基本功能是通過網(wǎng)絡傳輸遠程視頻數(shù)據(jù)，采用M-JPEG硬件壓縮技術(shù)，高質(zhì)量的視頻圖像在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)上的傳輸速度可達到每秒30幀。IPCAM視頻數(shù)據(jù)的傳輸基于TCP/IP協(xié)議。內(nèi)置Web服務器，支持Inertnet Explore，因此，使用網(wǎng)絡管理和維護您的設備，實現(xiàn)遠程配置，啟動和升級固件，變得更簡單。您可以使用IPCAM監(jiān)控您家庭和辦公室一些特殊區(qū)域，也可以通過網(wǎng)絡控制攝像機管理圖片，一切都是通過簡單的網(wǎng)絡訪問來實現(xiàn)。

圖6

2.3.3 監(jiān)控中心VPN防火墻：需要在監(jiān)控中心建立IPSec VPN，以此來與現(xiàn)場自動化設備建立無線通訊。

圖7

3 結(jié)語

該PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)可靠性高，安全性能好。系統(tǒng)通過功能強大的在線分析，能準確而及時地把握整個生產(chǎn)企業(yè)自動化設備的運行狀況，準確捕獲運行故障隱患，完成在線分析、診斷。PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)快速地解決了用戶設備的故障問題，提高了企業(yè)對新型故障的防范能力，降低了故障率，而且降低了維護成本，為用戶提供了更多的維護服務，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的推廣前景。

參考文獻

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[3] 錢曉龍.MicroLogix控制器應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：李正訓（1972—），男，山東萊蕪人，山東泰安煤礦機械有限公司高級工程師，研究方向：液壓、電氣控制系統(tǒng)的設計及開發(fā)。

（責任編輯：黃銀芳）endprint

2.3 系統(tǒng)組成

2.3.1 3G無線路由器（內(nèi)裝有手機SIM卡）：系統(tǒng)選用在電力、工業(yè)、交通、金融等領(lǐng)域廣泛應用的InRouter700系列路由器，該路由器為工業(yè)級無線3G路由器，并集成工業(yè)以太網(wǎng)交換、工業(yè)串口及智能協(xié)議處理等功能，完全滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場遠程監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的要求。

圖4 圖5

Router700系列產(chǎn)品為用戶提供單網(wǎng)口/四網(wǎng)口、內(nèi)置/外置通信模塊、超低功耗等多種選擇。產(chǎn)品供電及串口采用工業(yè)接線端子方式接入，符合工業(yè)客戶的需求，采用DIN導軌安裝，外殼具有接地端子。

該產(chǎn)品系列具有VPN功能，網(wǎng)絡應用安全性高，保證通信數(shù)據(jù)在安全的IPSec VPN隧道中傳輸，有效防止數(shù)據(jù)被竊聽和篡改。

2.3.2 無線網(wǎng)絡攝像機：IPCAM是一個集成的無線網(wǎng)絡攝像機解決方案，它把高品質(zhì)的與網(wǎng)絡相連的數(shù)字視頻攝像機和強大的網(wǎng)絡服務器結(jié)合在一起，把來自本地網(wǎng)絡或者互聯(lián)網(wǎng)的圖像清晰地展示到您的桌面。IPCAM的基本功能是通過網(wǎng)絡傳輸遠程視頻數(shù)據(jù)，采用M-JPEG硬件壓縮技術(shù)，高質(zhì)量的視頻圖像在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)上的傳輸速度可達到每秒30幀。IPCAM視頻數(shù)據(jù)的傳輸基于TCP/IP協(xié)議。內(nèi)置Web服務器，支持Inertnet Explore，因此，使用網(wǎng)絡管理和維護您的設備，實現(xiàn)遠程配置，啟動和升級固件，變得更簡單。您可以使用IPCAM監(jiān)控您家庭和辦公室一些特殊區(qū)域，也可以通過網(wǎng)絡控制攝像機管理圖片，一切都是通過簡單的網(wǎng)絡訪問來實現(xiàn)。

圖6

2.3.3 監(jiān)控中心VPN防火墻：需要在監(jiān)控中心建立IPSec VPN，以此來與現(xiàn)場自動化設備建立無線通訊。

圖7

3 結(jié)語

該PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)可靠性高，安全性能好。系統(tǒng)通過功能強大的在線分析，能準確而及時地把握整個生產(chǎn)企業(yè)自動化設備的運行狀況，準確捕獲運行故障隱患，完成在線分析、診斷。PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)快速地解決了用戶設備的故障問題，提高了企業(yè)對新型故障的防范能力，降低了故障率，而且降低了維護成本，為用戶提供了更多的維護服務，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的推廣前景。

參考文獻

[1] 李鳳閣，佟為明.電氣控制與可編程序控制器應用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

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[3] 錢曉龍.MicroLogix控制器應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：李正訓（1972—），男，山東萊蕪人，山東泰安煤礦機械有限公司高級工程師，研究方向：液壓、電氣控制系統(tǒng)的設計及開發(fā)。

（責任編輯：黃銀芳）endprint