基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研發(fā)

周曉峰

蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅 蘭州 730020

前言:依據(jù)相關(guān)的研究和調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),目前在各個領(lǐng)域當(dāng)中,多數(shù)設(shè)備的監(jiān)測和診斷系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng),基礎(chǔ)是局域網(wǎng)。雖然這一監(jiān)測診斷系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)階段的使用需求,但是這一體系結(jié)構(gòu)相對比較封閉,無論是故障的維修還是診斷,都會受到人力、技術(shù)和地域方面的限制,故障診斷和監(jiān)測的時效性難以滿足理想要求。因此,實現(xiàn)設(shè)備故障診斷技術(shù)與現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合發(fā)展,研發(fā)出對應(yīng)的智能遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)是一個重要的發(fā)展趨勢。所以,在接下來的文章中就將針對基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)行詳盡闡述,除此之外還將在文章中提出具有針對性的意見和對策,促進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的設(shè)計水平的提升。

一、關(guān)于遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的概述

為了確保各個領(lǐng)域內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備能夠正常地運(yùn)轉(zhuǎn),國內(nèi)的工廠和設(shè)備供應(yīng)商往往都會配備大量的設(shè)備和專業(yè)維護(hù)隊伍,人力資源、經(jīng)濟(jì)資源的消耗上比較嚴(yán)重,但是長久以來并未取得理想的效果和作用。而且在現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展背景下,諸多領(lǐng)域中的業(yè)務(wù)工作發(fā)展迅速[1],相關(guān)的設(shè)備規(guī)模也變得更大,在這種情況下就需要高水平的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng),基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)就能夠滿足這種需求,能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的故障診斷、技術(shù)分析、維護(hù)和運(yùn)行狀態(tài)的實時掌控,同時還可以做到故障預(yù)警,對于不同領(lǐng)域的生產(chǎn)工作都具有重要的作用和效果,其中PLC技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮出來了重要的效果和作用,基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)也成為了現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)與系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié),依靠監(jiān)控終端的編程軟件實現(xiàn)對遠(yuǎn)程PLC的遠(yuǎn)程編程與調(diào)試、在線監(jiān)控、在線仿真、程序的上傳與下載、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、設(shè)備遠(yuǎn)程控制等功能[2],從宏觀角度上來說對于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是極為重要的。

二、遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的原理和優(yōu)勢

（一）遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的原理

首先,在遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)方面,傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測過程中,多數(shù)情況下都是交由相關(guān)的工作人員借助儀器、儀表針對設(shè)備的作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)控,借助直觀的觀測效果做出決策和判斷。這種人工為主的監(jiān)測技術(shù)工作效率比較低、效果也不理想,在遇到現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣、生產(chǎn)過程分布廣泛的情況下,包含核動力、電力、水利、鐵路、采礦、石油、遠(yuǎn)程教育等等領(lǐng)域,傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)就出現(xiàn)了一定的不足。

而本文中的基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研發(fā),能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)技術(shù),通信技術(shù),傳感技術(shù)融會貫通,進(jìn)而打破傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)地域上的限制,并且能夠?qū)崿F(xiàn)資源和任務(wù)的共享,使得設(shè)備的監(jiān)測工作能夠達(dá)到實時、快速和有效,一改傳統(tǒng)的監(jiān)測模式。本文的基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研發(fā)過程中,主要應(yīng)用的是Internet技術(shù),并且在TCP/IP協(xié)議和WWW規(guī)范支持下,可以合理組織軟件結(jié)構(gòu)[3],其中嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)用,能夠?qū)崿F(xiàn)不同信息和數(shù)據(jù)的本地化處理,改善系統(tǒng)的服務(wù)性能,每一個設(shè)備都可以具有網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)功能,簡單來說就是可以使得每一個設(shè)備都可以獨(dú)立服務(wù),監(jiān)測的質(zhì)量和范圍都會得到明顯提升。故障診斷技術(shù)方面,基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)主要采取多參量、多故障的綜合診斷技術(shù),并且在系統(tǒng)中,云平臺還會對數(shù)據(jù)、信息的傳輸進(jìn)行加密,針對連入到網(wǎng)絡(luò)的不同終端進(jìn)行安全認(rèn)證和數(shù)據(jù)訪問過濾,避免網(wǎng)絡(luò)被破解或者是防止外界接入連接,從而確保診斷過程數(shù)據(jù)和信息的安全性

（二）遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的優(yōu)勢

基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)世界和現(xiàn)代信息處理技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),支持遠(yuǎn)程監(jiān)測、遠(yuǎn)程調(diào)試、遠(yuǎn)程下載等等,主要具有以下幾方面的優(yōu)勢;

首先,基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)具有良好的兼容性,可以兼容西門子、三菱、臺達(dá)等等主流的PLC,這使得本文所研究的這一系統(tǒng)的泛用性得到了比較大的提升。同時,在通信技術(shù)方面,同時支持4G、局域網(wǎng)等等通信方式,可以滿足各種場合的應(yīng)用要求[4];

其次,本文所研究的系統(tǒng)具有良好的實時性特點,可以確保系統(tǒng)二十四小時在線,相關(guān)的技術(shù)工作人員在遠(yuǎn)端就能夠進(jìn)行管控,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的保障,例如在發(fā)現(xiàn)設(shè)備具有故障的情況下,可以第一時間處理,提升售后維修、維護(hù)的可靠程度;

最后,本文所研究的基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)還具有很好的經(jīng)濟(jì)性特點,其中可以明顯節(jié)省工程師的出差成本,從而更好地實現(xiàn)人力資源的配置和運(yùn)用,這也是傳統(tǒng)的監(jiān)測診斷系統(tǒng)所難以實現(xiàn)的。而且系統(tǒng)還可以防止破解和外界接入鏈路,從而確保基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)可以安全、有效的運(yùn)行。

三、基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)模型及控制算法

（一）物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)總體設(shè)計和功能模塊分析

在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下針對遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中主要采取Zig-Bee技術(shù),實現(xiàn)對模型化平臺的遠(yuǎn)程控制,并且在Zig-Bee技術(shù)和相應(yīng)通信技術(shù)的協(xié)同配合下,遠(yuǎn)程模塊化平臺就能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的遙控,也就是遠(yuǎn)程作業(yè)和智能控制。為了順利完成基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的構(gòu)建,首先需要進(jìn)行總體模塊的設(shè)計[5],總體模塊分為幾種不同的模塊,包含傳感器模塊、CAN通信模塊等等。其中傳感器模塊是物聯(lián)網(wǎng)的核心部分,主要進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)的感知,主要通過敏感元件和換能器實現(xiàn)信號的采集,相當(dāng)于人的大腦一般,其重要性不言而喻。

本文的基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)主要采取ARM主控單元,信號的預(yù)處理方面采取收發(fā)轉(zhuǎn)換電路,為此還需要采取信道均衡算法進(jìn)行CAN通信,進(jìn)而實現(xiàn)增益控制。在系統(tǒng)的功能設(shè)計模塊當(dāng)中,主要采用DSP數(shù)字信號處理芯片,這樣就能夠完成高效率、高水平的數(shù)據(jù)交換,依據(jù)采樣幅值對系統(tǒng)輸出的動態(tài)增益范圍進(jìn)行對應(yīng)的控制。除此之外控制A/D轉(zhuǎn)換器的運(yùn)用,可以在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下完成模塊化平臺程度的加載和數(shù)據(jù)采樣,后續(xù)各種底層信息就能夠高效完成數(shù)據(jù)采集和分析,經(jīng)過ARM主控系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)過網(wǎng)關(guān)就能夠傳送到外部網(wǎng)絡(luò)。

（二）通信信道自適應(yīng)均衡及控制算法

在基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的設(shè)計過程中,在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)之上,還需要重點對系統(tǒng)的CAN通信模塊進(jìn)行研究,系統(tǒng)的執(zhí)行指令主要通過CAN通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,PLC上的串口與WIFi設(shè)備的服務(wù)器進(jìn)行連接,物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺的接入可以實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的高效傳輸。另外,在基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)設(shè)計過程中,考慮到模塊化平臺的非線性特點和不確定性[6],需要在CAN總線實時上傳控制信號,進(jìn)而執(zhí)行相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制命令。除此之外,由于本系統(tǒng)存在非線性信道,容易出現(xiàn)信道失衡,因此相關(guān)的設(shè)計工作人員還需要在原有的基礎(chǔ)之上進(jìn)行信號均衡設(shè)計工作,進(jìn)而提升系統(tǒng)整體的控制性能,控制系統(tǒng)的接受信號為一個n個決策變量多輸入輸出模型所組成,在實踐應(yīng)用過程中可以取得很好的效果和作用[7]。

（三）硬件設(shè)計與軟件實現(xiàn)

在本文研究的基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)設(shè)計過程中,需要在功能模塊設(shè)計和算法設(shè)計的基礎(chǔ)之上完成硬件的電路設(shè)計,在設(shè)計過程中可以采用ADUM1201和PCA82C250作為處理芯片,并且采用PLC邏輯編程技術(shù),在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的設(shè)計工作。

與此同時,為了使得系統(tǒng)更加安全且穩(wěn)定[8],需要在Zigbee的MAC層植入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制程度,采用ADSP-BF53設(shè)計時鐘電路,同時在晶振的每一個電源負(fù)載端上還需要進(jìn)行電復(fù)位設(shè)計,提升系統(tǒng)的自動化和智能化水平。

結(jié)論:綜上所述,就是筆者針對基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研發(fā)的相關(guān)研究和論述了,從文中闡述內(nèi)容中不難看出,這一系統(tǒng)主要plc為設(shè)備控制核心,同時通過5G、4G、wifi及以太網(wǎng)等多種通信方式再通過VPN over P2P的專用安全通道直接將PLC的程序及運(yùn)行參數(shù)采集至PC、LED屏等監(jiān)控終端,具備良好的自動化和智能化屬性特點。目前國內(nèi)各項工作已經(jīng)實現(xiàn)精細(xì)化發(fā)展,尤其是工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域,簡單來說,不同領(lǐng)域都急需要高水平的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng),這樣才能滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展需求,數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、設(shè)備遠(yuǎn)程控制功能的實現(xiàn),極大地提升了監(jiān)測診斷工作效率和工作質(zhì)量,它的應(yīng)用大大提高了企業(yè)生產(chǎn)速度和服務(wù)質(zhì)量,增強(qiáng)了企業(yè)競爭力。另外,后續(xù)發(fā)展過程中還需要重視基于PLC以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的創(chuàng)新開發(fā)工作,使其功能性提升、功耗降低,這樣才能使得不同領(lǐng)域的監(jiān)測診斷需求得到有效滿足。