基于Internet的遠程故障診斷和維護系統在水處理設備中的應用

周鵬　馬駿

摘要：水處理及垃圾處理的現場設備出現異常故障時需要維護工程師到現場進行故障診斷，設備制造企業往往很難及時響應用戶要求排除故障。基于Internet完成設備的遠程故障診斷和維護系統能夠很好地解決這一問題。

關鍵詞：遠程診斷，internet，遠程會診，VPN

一、解決方案的制訂

1.現場電氣系統改造

水處理現場電氣系統部分主要由PLC、HMI等核心設備組成，在原有系統配置基礎上增加以太網通信模塊，3G工業級智能網關及3G數據業務卡等，將PLC站點接入互聯網。

2.建立遠程設備監控維護中心

組建遠程設備監控維護中心，采用ADSL等有線網絡接入互聯網。一般2Mbit/s帶寬即可以滿足中心需求（具體要根據現場情況判定，如果需要上傳視頻數據則需要更高的帶寬）。中心需具備固定的專網IP地址。

3.承載網絡

現場各個PLC站點通過3G無線網絡連接，快速接入互聯網。

遠程維護中心與現場通過VPN技術建立數據傳輸隧道，從而保證數據傳輸的安全性。

二、改造方案的實施

1.技術方案

在原有的西門子S7-200 PLC控制系統配置基礎上，增加以太網通信模塊6GK7 243-1EX00-0XE0，支持VPN功能的映翰通公司3G工業級智能網關IR714WH01和研華交換機EK1-2528，并在IR714WH01智能網關中插入3G數據業務卡。

由于現場各臺設備的站點位置非常分散，所以每臺設備配備一套控制器，現場的PLC通過以太網方式與研華交換機及映翰通無線路由器相連組成局域網，局域網內的IP地址信息可以根據實際情況規劃，其中PLC實現現場數據的采集工作，映翰通智能網關負責與遠程設備監控維護中心建立數據連接隧道，實現數據傳輸和信息交互。

現場映翰通智能網關通過插入的3G數據業務卡撥號接入互聯網，通過和遠程設備監控維護中心VPN路由器設備建立VPN數據傳輸隧道，實現與遠程設備監控維護中心通信，交互數據，并接收遠程設備維護中心下發的控制指令。

2.遠程設備監控維護中心

遠程設備監控維護中心采用思科公司生產的VPN接入路由器CISCO2911-SEC/K9和防火墻ASA5505-K8，安裝有固定IP地址的有線網絡，實現有線網絡接入。數據運行服務器采用DELLT1650工作站，服務器安裝映翰通中心管理軟件Device Manager 和 Device Touch以及現場所需各品牌及系列的PLC編程軟件，以太網方式連接，組成局域網。

遠程設備監控維護中心通過VPN接入路由器設備接入互聯網。維護中心運行相關編程軟件。遠程設備監控維護中心通過VPN隧道與現場無線路由器建立通信連接，從而實現維護中心與現場設備站點相互通信，并且可以實時調看現場數據等。還可以通過遠程方式對現場設備進行參數調整、設定和程序上傳、下載等功能，維護中心服務器通過收到的現場各個設備站點數據能夠及時了解到各個現場設備的運行情況，便于管理人員及時快速了解各個設備站點的運行情況，制訂維修計劃，提高了管理工作和數據采集工作的效率。

3.應用效果

遠程設備監控維護中心方案實施后，通過遠程方式能監控現場水處理設備的異常運行狀態，采集相關數據，了解掌握設備當前運轉情況，能及時判斷故障及提前制訂維修計劃，在必要時能夠通過遠程的方式對設備進行變量參數修改及邏輯程序更新等，及時恢復現場設備運行。以前維修工程師需要到現場才能夠針對設備進行調試和診斷，現在身處異地的維護工程師可以隨時隨地接入Internet，通過登錄VPN方式連接遠程設備監控維護中心，就能夠對現場的設備進行相關操作，為用戶提供技術支持。

三、改造后系統的優點

1.監控現場網絡無人值守。3G無線工業路由器24h在線，保證了遠程設備監控維護中心對現場數據實時采集。

2.3G工業無線路由器具備鏈路自愈特性，保證了設備遠程監控維護中心數據傳輸的穩定性。

3.監控現場網絡接入無需運營商布線，3G無線工業路由器通過遍布全球的2.5G/3G網絡快速接入網絡，具備快速組網，靈活組網且便于維護等特性。

4.3G無線工業路由器無需另購開關電源，可通過PLC電源直接供電，尺寸小便于現場安裝工作。

5.3G無線工業路由器集成多層次安全功能，保證設備遠程監控維護中心的數據傳輸安全性。

6.提高資源的利用率。維護中心維護人員可通過遠程方式及時了解到各個工業設備站點的運行情況以及數據情況等信息，從而及時處理相關數據信息。

7.靈活性和可擴展性。具備充分的接入能力和可擴展性，包括多種接入方式的提供和接入的可擴展性，帶寬的擴展與速率的平滑升級以及處理能力的可擴展性，最大程度地減少對網絡架構和現有設備的調整。

8.可管理性。考慮到現場設備分布比較分散，維護困難程度比較大，方案采用集中管理的網絡架構，實時監測設備的運行狀態，并通過遠程設備監控維護中心對設備進行遠程設置。

9.兼容性和經濟性。能夠最大限度地保證網絡現有各種計算機軟、硬件資源的可用性和連續性。

10.經濟性。在充分利用現有資源的情況下，最大限度地降低網絡系統的總體投資。

四、效益分析

1.減少用戶設備的停機和故障，為用戶帶來更多的受益和更少的費用支出。

2.更快地響應速度，更準確的遠程診斷及維護，提高了用戶的滿意度。

3.為更多的用戶提供專家級的服務和咨詢，提高了服務技術水平。

4.提高維護工程師的工作效率，減少現場維護，降低售后服務成本。

5.實現“預防式服務”， 預先發現設備隱患，降低用戶損失：主動提供設備巡檢，發現設備邊界狀態，有計劃地安排設備的停機維修，維護先于故障的發生。

五、結束語

基于Internet的遠程故障診斷和維護系統在水處理設備的應用中，由專人對用戶的系統進行24h監控，對采集到的運行數據進行分析，可以做到預先發現設備隱患，提出適當的維護計劃，并對用戶的設備管理提出合理化建議，在降低維護成本的同時，提高了工作效率，帶來了極大的經濟及社會效益。