淺談PLC遠程監控、故障診斷分析系統

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，故障后生產停頓，造成巨大的損失，并且現場故障診斷與維護費用昂貴，因此，對工業現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測診斷維護系統可由行業專家、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。

關鍵詞：故障診斷；遠程監控；實時監測診斷；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

隨著互聯網和電氣技術的不斷發展，電氣設備的自動化水平越來越高，工業生產現場有更多的自動化需求，希望能借助于互聯網的方便快捷來實現。PLC遠程監控、故障分析系統使用戶通過Internet網絡對設備進行遠端實時維護，既減少了設備工程師的現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 系統需求背景分析

科學技術的發展促進了生產力的提升，各種設備制造商也如雨后春筍般發展起來，設備制造商已經成為生產力發展的重要推動力量。生產出來的設備必然存在出現問題的時候，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場進行檢查和維修，在這個過程中，有可能出現維護工程師攜帶的配件不合適，有可能維護工程師在現場不能解決問題，需要更高級的工程師到現場才能解決問題。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遠程監控、故障診斷分析產系統的開發方便地實現了對工業現場自動化設備的異地監控與維護，更合理地利用設備供應商、工程師、客戶的售后人員和現場資源，實現三方對設備的共同維護，有效提高了系統整體維護水平，大大降低了故障率，保障了客戶的正常生產，具有極高的實際應用價值和戰略意義。

許多設備制造廠商已經意識到以上的問題，所以采取了一些信息化的技術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網，當設備發生故障時，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場工程師到用戶處，現場維護工程師才前往用戶場地進行維修，這時，工程師已經作了初步的判斷，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，因此設備產品維修服務的速度、售后質量越來越受到客戶的重視。每次去用戶現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成，因此，迫切需要建立起能夠實現對設備的運行進行遠程監控、故障診斷分析的系統，通過對設備運行數據進行遠程監測和分析，讓工程師可以實時了解設備現場的運行狀況，以此為根據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，同時通過對工業現場運行情況監測診斷經驗的不斷積累，為自動化設備的設計和制造工藝的改進、產品創新提供科學依據。

互聯網大數據時代的到來，為全行業的發展更新了理念，把PLC遠程監控、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合在一起。對PLC遠程監控、故障診斷分析系統的研究意義重大：（1）搭建了網絡數據平臺，實現了設備供應商、生產企業和工程師之間的資源共享，便于維護開發；（2）生產企業通過遠程監控互聯網平臺獲得最新的設備診斷和維護技術，提高了企業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遠程監控、故障診斷分析系統，對設備運行數據進行遠程監測和分析，及時全面了解自動化設備的運行狀況，進行遠程在線維護，節約了維護成本，提高了售后服務的反應速度和質量；（4）提高了設備生產設計工程師的研究水平，通過對設備運行情況的實時監測診斷的經驗積累，為自動化設備的設計和制造工藝的更新提供科學依據；（5）同時通過遠程視頻攝像頭可以實時監控現場的設備運行情況（視頻速度由網絡速度決定）。

2 系統介紹

2.1 傳統現場設備維護方式與遠程維護方式對比

目前，現場設備維護主要采用現場維護或PSTN電話線的遠程維護。采用電話線傳輸數據時，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網絡進行，同樣存在撥號等待問題，另外CSD的方式已經逐漸退出市場，而且傳輸速率低，對于現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，可以大大節約維護成本，提高快速服務的能力。該系統方案配置了智能聯網設備——InRouter系列產品或者InDtu系列產品、網管軟件——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，使用現有現場設備編程軟件，實現遠程編程；安全遠程更新控制器程序；投資少，經濟實用，操作簡便。因此，遠程維護方式取代傳統的現場設備維護方式已經成為必然。

2.2 系統結構圖

系統由數據采集端、數據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，無需布線即可實現整個區域無縫隙覆蓋，可將需要管理的現場設備都納入該系統。在管理中心實時監控各個現場設備收集到的機臺狀態參數，并顯示于屏幕上。通過管理中心的數據收集、分析和處理，可將執行指令分別下發到各個現場設備，對機臺進行遠程診斷和維護。即使身在他處的工程師，只要能上網就可遠程登錄界面，輕松實現對現場機器的狀態掌控，猶如身臨其境。同時在本系統中配備了網絡視頻監控，維護工程師也可以同時登錄視頻監控來觀察現場情況。endprint

2.3 系統組成

2.3.1 3G無線路由器（內裝有手機SIM卡）：系統選用在電力、工業、交通、金融等領域廣泛應用的InRouter700系列路由器，該路由器為工業級無線3G路由器，并集成工業以太網交換、工業串口及智能協議處理等功能，完全滿足工業生產現場遠程監控聯網的要求。

圖4 圖5

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

該產品系列具有VPN功能，網絡應用安全性高，保證通信數據在安全的IPSec VPN隧道中傳輸，有效防止數據被竊聽和篡改。

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

圖6

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

圖7

3 結語

該PLC遠程監控、故障診斷分析系統可靠性高，安全性能好。系統通過功能強大的在線分析，能準確而及時地把握整個生產企業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遠程監控、故障診斷分析系統快速地解決了用戶設備的故障問題，提高了企業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[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2] 浙江大學羅克韋爾自動化技術中心.可編程序控制器系統[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、電氣控制系統的設計及開發。

（責任編輯：黃銀芳）endprint

2.3 系統組成

2.3.1 3G無線路由器（內裝有手機SIM卡）：系統選用在電力、工業、交通、金融等領域廣泛應用的InRouter700系列路由器，該路由器為工業級無線3G路由器，并集成工業以太網交換、工業串口及智能協議處理等功能，完全滿足工業生產現場遠程監控聯網的要求。

圖4 圖5

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

該產品系列具有VPN功能，網絡應用安全性高，保證通信數據在安全的IPSec VPN隧道中傳輸，有效防止數據被竊聽和篡改。

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

圖6

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

圖7

3 結語

該PLC遠程監控、故障診斷分析系統可靠性高，安全性能好。系統通過功能強大的在線分析，能準確而及時地把握整個生產企業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遠程監控、故障診斷分析系統快速地解決了用戶設備的故障問題，提高了企業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，具有重要的現實意義和廣闊的推廣前景。

參考文獻

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[2] 浙江大學羅克韋爾自動化技術中心.可編程序控制器系統[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、電氣控制系統的設計及開發。

（責任編輯：黃銀芳）endprint

2.3 系統組成

2.3.1 3G無線路由器（內裝有手機SIM卡）：系統選用在電力、工業、交通、金融等領域廣泛應用的InRouter700系列路由器，該路由器為工業級無線3G路由器，并集成工業以太網交換、工業串口及智能協議處理等功能，完全滿足工業生產現場遠程監控聯網的要求。

圖4 圖5

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

該產品系列具有VPN功能，網絡應用安全性高，保證通信數據在安全的IPSec VPN隧道中傳輸，有效防止數據被竊聽和篡改。

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

圖6

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

圖7

3 結語

該PLC遠程監控、故障診斷分析系統可靠性高，安全性能好。系統通過功能強大的在線分析，能準確而及時地把握整個生產企業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遠程監控、故障診斷分析系統快速地解決了用戶設備的故障問題，提高了企業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[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2] 浙江大學羅克韋爾自動化技術中心.可編程序控制器系統[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、電氣控制系統的設計及開發。

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