設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷處理和運(yùn)行保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 鵬

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039﹚

近年來，我國的裝備制造水平快速提升，制造企業(yè)的產(chǎn)品種類日益增多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，自動(dòng)化程度越來越高，設(shè)備銷售范圍逐漸擴(kuò)大，設(shè)備銷售數(shù)量不斷增加，客戶對設(shè)備售后運(yùn)行保障及故障診斷與維修的要求也越來越高。如果仍然采取出現(xiàn)故障后，派遣技術(shù)專家進(jìn)行現(xiàn)場處理的故障排除模式，不僅時(shí)效性差，而且成本耗費(fèi)巨大，特別是當(dāng)設(shè)備故障現(xiàn)場出現(xiàn)在疫情蔓延或武裝沖突等特殊地區(qū)時(shí)，派遣技術(shù)人員到現(xiàn)場還存在人身安全隱患。

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及Internet在全球的迅速普及，信息傳輸更加快捷、穩(wěn)定、可靠。通過基于Internet的實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)，開發(fā)設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷處理和運(yùn)行保障系統(tǒng)，不僅可以打破地域、時(shí)間限制，提高故障排除時(shí)效性，降低售后成本，制造企業(yè)還能夠有效、全面、及時(shí)的掌握設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況的原始數(shù)據(jù)，對設(shè)備優(yōu)化提升和新產(chǎn)品的研制都有重要意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

綜合運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)建設(shè)設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷處理和運(yùn)行保障系統(tǒng)。通過這個(gè)系統(tǒng)，技術(shù)人員可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)快速處理遠(yuǎn)程客戶現(xiàn)場的設(shè)備問題和故障，可以隨時(shí)全面掌握客戶現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況和運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以建立已售出設(shè)備在生命周期內(nèi)的全面數(shù)字檔案。具體目標(biāo)有以下三個(gè)方面:

1)能夠在設(shè)備研發(fā)企業(yè)或任意地點(diǎn)遠(yuǎn)程判斷和解決客戶現(xiàn)場的設(shè)備故障，能夠進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、現(xiàn)場運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控、PLC程序的調(diào)試和上傳下載;

2)能夠隨時(shí)對客戶現(xiàn)場的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行獲知，瀏覽客戶現(xiàn)場的設(shè)備運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)，對設(shè)備的健康情況進(jìn)行檢查，提供設(shè)備檢維修建議，將設(shè)備的問題和故障消除在萌芽狀態(tài);

3)能夠獲取并建立設(shè)備在客戶現(xiàn)場的生命周期內(nèi)的運(yùn)行檔案，這些運(yùn)行檔案包括歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、檢維修情況、客戶反饋等，相關(guān)人員通過對這些數(shù)據(jù)的分析，形成產(chǎn)品的升級方案和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)、工程師站及OPC服務(wù)器、操作站及 PLC設(shè)備三個(gè)部分，通過Internet(專線、電話線或2G/3G/4G無線接入)進(jìn)行連接。如圖1所示(圖中省略了必須的工業(yè)交換機(jī)、防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure diagram

1)實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)。通過OPC服務(wù)器將采集的PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并實(shí)時(shí)顯示遠(yuǎn)程設(shè)備數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等;

2)工程師站。通過Internet對PLC、操作站進(jìn)行通訊，可對PLC和操作站進(jìn)行遠(yuǎn)程編程和遠(yuǎn)程調(diào)試;

3)OPC服務(wù)器。通過Internet對PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，不進(jìn)行控制;

4)安全路由器。將PLC、操作站接入Internet，可與遠(yuǎn)程工程師站、OPC服務(wù)器進(jìn)行通訊，滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?

5)操作站。位于設(shè)備現(xiàn)場，對設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作;

6)PLC(含以太網(wǎng)模塊)。位于設(shè)備中的可編程邏輯控制器，需要附帶以太網(wǎng)模塊，可通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。

3 實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.2 Architecture diagram of real time monitoring and management system

1)ACO數(shù)據(jù)采集

ACO數(shù)據(jù)采集套件能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)從前端生產(chǎn)設(shè)備或控制系統(tǒng)等數(shù)據(jù)源采集到ADC數(shù)據(jù)庫中;

2)ADC數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

以某個(gè)對象(如某個(gè)工位點(diǎn))為單位，可實(shí)時(shí)、連續(xù)存儲(chǔ)該對象的所有屬性值，支持大量對象同時(shí)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式高度壓縮;

3)設(shè)備臺(tái)賬

以ADC數(shù)據(jù)庫為依托，將企業(yè)所有遠(yuǎn)程設(shè)備臺(tái)賬信息集中存放，并在相應(yīng)頁面可進(jìn)行針對性查詢;

4)設(shè)備監(jiān)視

該模塊以ADC數(shù)據(jù)庫為依托，對各裝置的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和集中監(jiān)視。可查詢某工位(設(shè)備)的各種數(shù)據(jù)，查詢接口包括COM派發(fā)接口和自定義接口以及 Web服務(wù)接口(以 Asp.Net Web服務(wù)的方式)、SQL接口等，可使各種上層應(yīng)用組件方便地查詢到生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值等;

5)數(shù)據(jù)報(bào)表

系統(tǒng)能夠方便生成各種數(shù)據(jù)報(bào)表，所反映的數(shù)據(jù)真實(shí)而且準(zhǔn)確。系統(tǒng)生成報(bào)表后，根據(jù)日期可以通過網(wǎng)絡(luò)較快速地進(jìn)行查詢;

6)趨勢分析

該模塊能夠顯示出某段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)變化的情況。實(shí)時(shí)趨勢能夠反映出當(dāng)前的數(shù)據(jù)變化情況，歷史趨勢的數(shù)據(jù)從歷史數(shù)據(jù)庫中取出，能夠查看任何時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)的變化情況。通過查看歷史趨勢，可以了解長時(shí)間的生產(chǎn)情況;

7)報(bào)警信息

系統(tǒng)利用報(bào)警分析模型及時(shí)統(tǒng)計(jì)歷史報(bào)警信息。設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)有自動(dòng)報(bào)警功能，提供報(bào)警級別設(shè)置、報(bào)警限設(shè)置，提供事故追憶功能。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警，啟動(dòng)事故記錄，記錄報(bào)警點(diǎn)、報(bào)警事件、報(bào)警時(shí)間等關(guān)鍵信息，根據(jù)記錄的相關(guān)信息，系統(tǒng)可以進(jìn)行事故原因追憶分析。提供事故追憶的管理功能，管理員及有權(quán)限的用戶可以進(jìn)行事故管理的設(shè)定、修改、取消、刪除等操作。系統(tǒng)報(bào)警功能的及時(shí)性和準(zhǔn)確性為生產(chǎn)事故提供分析和決策依據(jù);

8)系統(tǒng)管理

該模塊是任何一個(gè)軟件系統(tǒng)都不可或缺的，用于維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)管理模塊由以下幾個(gè)子模塊組成:

數(shù)據(jù)字典模塊為其它模塊在數(shù)據(jù)記錄新增、修改時(shí)提供字段的輸入選擇項(xiàng)，用來規(guī)范數(shù)據(jù)錄入、加快數(shù)據(jù)錄入速度。數(shù)據(jù)字典按照企業(yè)的實(shí)際需要進(jìn)行分類管理;

用戶管理模塊對系統(tǒng)的用戶和用戶組進(jìn)行管理，用戶和用戶組可根據(jù)企業(yè)的組織層次和活動(dòng)目錄用戶體系進(jìn)行建立;

角色權(quán)限設(shè)置模塊在系統(tǒng)中建立起基于角色的訪問控制機(jī)制(BRAC)，使用戶在系統(tǒng)中的操作權(quán)限完全依據(jù)其關(guān)聯(lián)的角色的權(quán)限設(shè)定;

系統(tǒng)操作日志模塊中，任何系統(tǒng)登錄用戶的任何操作均被系統(tǒng)登記在案，在本模塊中，可以進(jìn)行查詢或查看。當(dāng)操作特定的關(guān)鍵數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)將操作人員、操作時(shí)間、原值、新值等記錄下來，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)的回溯;

系統(tǒng)備份模塊可對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及文件進(jìn)行備份。設(shè)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、文件的自動(dòng)備份操作的時(shí)間、存放路徑等，可自動(dòng)備份。

4 關(guān)鍵技術(shù)

1)系統(tǒng)通用性和標(biāo)準(zhǔn)化

由于現(xiàn)場設(shè)備所使用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)種類繁多，不同廠商、不同型號(hào)的控制系統(tǒng)接口類型、通信方式、通信協(xié)議、診斷方法不盡相同，嚴(yán)重影響了設(shè)備遠(yuǎn)程診斷的兼容性，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和處理方法的統(tǒng)一，必須建立通用的診斷標(biāo)準(zhǔn)，包括診斷分析標(biāo)準(zhǔn)、通信接口標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等;

2)數(shù)據(jù)壓縮與傳輸技術(shù)

遠(yuǎn)程故障診斷處理和運(yùn)行保障系統(tǒng)在應(yīng)用過程中需要將大量的遠(yuǎn)程設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。這些數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、穩(wěn)定性和可靠性要求較高，但由于設(shè)備現(xiàn)場Internet接入條件參差不齊，有許多現(xiàn)場具備了專線或3G、4G無線接入條件，而仍有現(xiàn)場僅具備2G無線網(wǎng)絡(luò)或56K Modem電話線接入條件，這就需要尋求一種有效的壓縮算法，以期將設(shè)備數(shù)據(jù)壓縮到最低進(jìn)行傳輸，這是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問題;

3)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?/p>

遠(yuǎn)程故障診斷處理和運(yùn)行保障系統(tǒng)所傳輸?shù)脑O(shè)備數(shù)據(jù)中包含遠(yuǎn)程控制指令，如果網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩缘貌坏奖Ｕ?，遠(yuǎn)程故障診斷處理和運(yùn)行保障將失去意義。

網(wǎng)絡(luò)傳輸中信息的安全性包括完整性、保密性和可用性三個(gè)要素。信息的完整性是指存儲(chǔ)和傳輸過程中不被非法修改、破壞甚至丟失;信息的保密性是指保護(hù)信息不受非授權(quán)用戶越權(quán)使用;信息的可用性是指當(dāng)需要時(shí)能否正常存取所需信息，保障傳輸信息準(zhǔn)確無誤。

通常采取的安全措施有在Internet入口處設(shè)置防火墻、對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理等。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)施，提高了制造企業(yè)設(shè)備故障處理響應(yīng)速度和處理能力，并為提前感知、發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或問題提供了可能，降低了故障停機(jī)給客戶造成的損失，提升客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的滿意度。同時(shí)，對制造企業(yè)來說，不僅大幅減少了到客戶現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備故障處理的差旅費(fèi)用，而且建立起了所售設(shè)備在生命周期內(nèi)的運(yùn)行檔案和檢修、維修檔案，實(shí)現(xiàn)這些產(chǎn)品數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理，形成寶貴的知識(shí)資產(chǎn)，對產(chǎn)品運(yùn)行檔案、故障處理檔案、檢維修檔案進(jìn)行綜合分析，為產(chǎn)品改進(jìn)和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)支持。

［1］于宏林，徐剛.設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷維護(hù)［J］.現(xiàn)代冶金.2010(2):