浅谈PLC远程监控、故障诊断分析系统

摘要：当今设备的维护过程是典型的有故障才有反应的过程，故障后生产停顿，造成巨大的损失，并且现场故障诊断与维护费用昂贵，因此，对工业现场进行实时准确的预防、维护和诊断的远端设备的需求越来越迫切。文章介绍的远程实时监测诊断维护系统可由行业专家、设备提供商和用户三方共同参与维护与诊断，不仅提高了设备提供企业对设备故障的综合防范能力和诊断水平，在大幅度降低故障率的同时为客户提供了更快捷的服务。

关键词：故障诊断；远程监控；实时监测诊断；PLC；电气设备；自动化 文献标识码：A

中图分类号：TP277 文章编号：1009-2374（2015）01-0085-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0043

随着互联网和电气技术的不断发展，电气设备的自动化水平越来越高，工业生产现场有更多的自动化需求，希望能借助于互联网的方便快捷来实现。PLC远程监控、故障分析系统使用户通过Internet网络对设备进行远端实时维护，既减少了设备工程师的现场维护时间和费用成本，也为用户短时间解决故障问题，有效减少了客户损失。

1 系统需求背景分析

科学技术的发展促进了生产力的提升，各种设备制造商也如雨后春笋般发展起来，设备制造商已经成为生产力发展的重要推动力量。生产出来的设备必然存在出现问题的时候，当制造商将设备卖到世界各地的用户处，一旦设备出现问题，用户拨打厂商的服务电话求助，厂商派出维护工程师前往客户现场进行检查和维修，在这个过程中，有可能出现维护工程师携带的配件不合适，有可能维护工程师在现场不能解决问题，需要更高级的工程师到现场才能解决问题。整个维护的过程是典型的有故障才有反应的过程，这样的故障/反应式维护只能在设备故障停机后才能起到作用。

图1

PLC远程监控、故障诊断分析产系统的开发方便地实现了对工业现场自动化设备的异地监控与维护，更合理地利用设备供应商、工程师、客户的售后人员和现场资源，实现三方对设备的共同维护，有效提高了系统整体维护水平，大大降低了故障率，保障了客户的正常生产，具有极高的实际应用价值和战略意义。

许多设备制造厂商已经意识到以上的问题，所以采取了一些信息化的技术手段来加强远程诊断和远程控制的能力。他们将部分重要客户的机器联网，当设备发生故障时，可以将机器远程连接进诊断中心，由厂商的高级工程师进行远程的诊断，并可以进行一些远程维修工作，如果在线工程师判断需要派现场工程师到用户处，现场维护工程师才前往用户场地进行维修，这时，工程师已经作了初步的判断，配件的准备也会尽量准确。这样的方式能够快速地解决用户设备的部分问题，而且降低了维护成本，为用户提供了更多的维护服务。

图2 图3

中国正逐步成为世界的制造中心，与此同时，工业设备的自动化程度日益增高，设备控制工艺变得越来越繁杂和精密，因此设备产品维修服务的速度、售后质量越来越受到客户的重视。每次去用户现场进行故障诊断与维护的成本成为设备供应商不得不考虑的成本构成，因此，迫切需要建立起能够实现对设备的运行进行远程监控、故障诊断分析的系统，通过对设备运行数据进行远程监测和分析，让工程师可以实时了解设备现场的运行状况，以此为根据让设备供应商为用户提供检修、维护计划和备品备件供应服务，同时通过对工业现场运行情况监测诊断经验的不断积累，为自动化设备的设计和制造工艺的改进、产品创新提供科学依据。

互联网大数据时代的到来，为全行业的发展更新了理念，把PLC远程监控、故障诊断分析概念提高到了一个新的层次，在设备供应商、工程师和客户之间建立了有效的信息沟通通道，让三者更加紧密地结合在一起。对PLC远程监控、故障诊断分析系统的研究意义重大：（1）搭建了网络数据平台，实现了设备供应商、生产企业和工程师之间的资源共享，便于维护开发；（2）生产企业通过远程监控互联网平台获得最新的设备诊断和维护技术，提高了企业对运行设备故障的防范能力；（3）设备供应商变“被动服务”为“主动服务”，通过建立PLC远程监控、故障诊断分析系统，对设备运行数据进行远程监测和分析，及时全面了解自动化设备的运行状况，进行远程在线维护，节约了维护成本，提高了售后服务的反应速度和质量；（4）提高了设备生产设计工程师的研究水平，通过对设备运行情况的实时监测诊断的经验积累，为自动化设备的设计和制造工艺的更新提供科学依据；（5）同时通过远程视频摄像头可以实时监控现场的设备运行情况（视频速度由网络速度决定）。

2 系统介绍

2.1 传统现场设备维护方式与远程维护方式对比

目前，现场设备维护主要采用现场维护或PSTN电话线的远程维护。采用电话线传输数据时，由于每次拨号都需要等待，速度慢，而且费用也较高。同时，由于设备分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此需申请很多电话线，而且有些设备放置地方有线线路难以到达，造成维护难度大，维护成本很高。即使采用CSD方式，因为CSD也是通过PSTN网络进行，同样存在拨号等待问题，另外CSD的方式已经逐渐退出市场，而且传输速率低，对于现场设备维护实时性造成一定的困扰。远程维护方案提供了安全更新控制器的新途径，可以大大节约维护成本，提高快速服务的能力。该系统方案配置了智能联网设备——InRouter系列产品或者InDtu系列产品、网管软件——Device Manager、远程维护软件——Device Touch三大软件，且该方案具有三大特点：建立专用通道，使用现有现场设备编程软件，实现远程编程；安全远程更新控制器程序；投资少，经济实用，操作简便。因此，远程维护方式取代传统的现场设备维护方式已经成为必然。

2.2 系统结构图

系统由数据采集端、数据传输端和管理中心端三个部分组成。采用先进的GPRS/CDMA/TD-SCDMA/CDMA200-EVDO/WCDMA等无线通讯方式，无需布线即可实现整个区域无缝隙覆盖，可将需要管理的现场设备都纳入该系统。在管理中心实时监控各个现场设备收集到的机台状态参数，并显示于屏幕上。通过管理中心的数据收集、分析和处理，可将执行指令分别下发到各个现场设备，对机台进行远程诊断和维护。即使身在他处的工程师，只要能上网就可远程登录界面，轻松实现对现场机器的状态掌控，犹如身临其境。同时在本系统中配备了网络视频监控，维护工程师也可以同时登录视频监控来观察现场情况。endprint

2.3 系统组成

2.3.1 3G无线路由器（内装有手机SIM卡）：系统选用在电力、工业、交通、金融等领域广泛应用的InRouter700系列路由器，该路由器为工业级无线3G路由器，并集成工业以太网交换、工业串口及智能协议处理等功能，完全满足工业生产现场远程监控联网的要求。

图4 图5

Router700系列产品为用户提供单网口/四网口、内置/外置通信模块、超低功耗等多种选择。产品供电及串口采用工业接线端子方式接入，符合工业客户的需求，采用DIN导轨安装，外壳具有接地端子。

该产品系列具有VPN功能，网络应用安全性高，保证通信数据在安全的IPSec VPN隧道中传输，有效防止数据被窃听和篡改。

2.3.2 无线网络摄像机：IPCAM是一个集成的无线网络摄像机解决方案，它把高品质的与网络相连的数字视频摄像机和强大的网络服务器结合在一起，把来自本地网络或者互联网的图像清晰地展示到您的桌面。IPCAM的基本功能是通过网络传输远程视频数据，采用M-JPEG硬件压缩技术，高质量的视频图像在局域网、广域网上的传输速度可达到每秒30帧。IPCAM视频数据的传输基于TCP/IP协议。内置Web服务器，支持Inertnet Explore，因此，使用网络管理和维护您的设备，实现远程配置，启动和升级固件，变得更简单。您可以使用IPCAM监控您家庭和办公室一些特殊区域，也可以通过网络控制摄像机管理图片，一切都是通过简单的网络访问来实现。

图6

2.3.3 监控中心VPN防火墙：需要在监控中心建立IPSec VPN，以此来与现场自动化设备建立无线通讯。

图7

3 结语

该PLC远程监控、故障诊断分析系统可靠性高，安全性能好。系统通过功能强大的在线分析，能准确而及时地把握整个生产企业自动化设备的运行状况，准确捕获运行故障隐患，完成在线分析、诊断。PLC远程监控、故障诊断分析系统快速地解决了用户设备的故障问题，提高了企业对新型故障的防范能力，降低了故障率，而且降低了维护成本，为用户提供了更多的维护服务，具有重要的现实意义和广阔的推广前景。

参考文献

[1] 李凤阁，佟为明.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2] 浙江大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程序控制器系统[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

[3] 钱晓龙.MicroLogix控制器应用实例[M].北京：机械工业出版社，2003.

作者简介：李正训（1972—），男，山东莱芜人，山东泰安煤矿机械有限公司高级工程师，研究方向：液压、电气控制系统的设计及开发。

（责任编辑：黄银芳）endprint

2.3 系统组成

2.3.1 3G无线路由器（内装有手机SIM卡）：系统选用在电力、工业、交通、金融等领域广泛应用的InRouter700系列路由器，该路由器为工业级无线3G路由器，并集成工业以太网交换、工业串口及智能协议处理等功能，完全满足工业生产现场远程监控联网的要求。

图4 图5

Router700系列产品为用户提供单网口/四网口、内置/外置通信模块、超低功耗等多种选择。产品供电及串口采用工业接线端子方式接入，符合工业客户的需求，采用DIN导轨安装，外壳具有接地端子。

该产品系列具有VPN功能，网络应用安全性高，保证通信数据在安全的IPSec VPN隧道中传输，有效防止数据被窃听和篡改。

2.3.2 无线网络摄像机：IPCAM是一个集成的无线网络摄像机解决方案，它把高品质的与网络相连的数字视频摄像机和强大的网络服务器结合在一起，把来自本地网络或者互联网的图像清晰地展示到您的桌面。IPCAM的基本功能是通过网络传输远程视频数据，采用M-JPEG硬件压缩技术，高质量的视频图像在局域网、广域网上的传输速度可达到每秒30帧。IPCAM视频数据的传输基于TCP/IP协议。内置Web服务器，支持Inertnet Explore，因此，使用网络管理和维护您的设备，实现远程配置，启动和升级固件，变得更简单。您可以使用IPCAM监控您家庭和办公室一些特殊区域，也可以通过网络控制摄像机管理图片，一切都是通过简单的网络访问来实现。

图6

2.3.3 监控中心VPN防火墙：需要在监控中心建立IPSec VPN，以此来与现场自动化设备建立无线通讯。

图7

3 结语

该PLC远程监控、故障诊断分析系统可靠性高，安全性能好。系统通过功能强大的在线分析，能准确而及时地把握整个生产企业自动化设备的运行状况，准确捕获运行故障隐患，完成在线分析、诊断。PLC远程监控、故障诊断分析系统快速地解决了用户设备的故障问题，提高了企业对新型故障的防范能力，降低了故障率，而且降低了维护成本，为用户提供了更多的维护服务，具有重要的现实意义和广阔的推广前景。

参考文献

[1] 李凤阁，佟为明.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2] 浙江大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程序控制器系统[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

[3] 钱晓龙.MicroLogix控制器应用实例[M].北京：机械工业出版社，2003.

作者简介：李正训（1972—），男，山东莱芜人，山东泰安煤矿机械有限公司高级工程师，研究方向：液压、电气控制系统的设计及开发。

（责任编辑：黄银芳）endprint

2.3 系统组成

2.3.1 3G无线路由器（内装有手机SIM卡）：系统选用在电力、工业、交通、金融等领域广泛应用的InRouter700系列路由器，该路由器为工业级无线3G路由器，并集成工业以太网交换、工业串口及智能协议处理等功能，完全满足工业生产现场远程监控联网的要求。

图4 图5

Router700系列产品为用户提供单网口/四网口、内置/外置通信模块、超低功耗等多种选择。产品供电及串口采用工业接线端子方式接入，符合工业客户的需求，采用DIN导轨安装，外壳具有接地端子。

该产品系列具有VPN功能，网络应用安全性高，保证通信数据在安全的IPSec VPN隧道中传输，有效防止数据被窃听和篡改。

2.3.2 无线网络摄像机：IPCAM是一个集成的无线网络摄像机解决方案，它把高品质的与网络相连的数字视频摄像机和强大的网络服务器结合在一起，把来自本地网络或者互联网的图像清晰地展示到您的桌面。IPCAM的基本功能是通过网络传输远程视频数据，采用M-JPEG硬件压缩技术，高质量的视频图像在局域网、广域网上的传输速度可达到每秒30帧。IPCAM视频数据的传输基于TCP/IP协议。内置Web服务器，支持Inertnet Explore，因此，使用网络管理和维护您的设备，实现远程配置，启动和升级固件，变得更简单。您可以使用IPCAM监控您家庭和办公室一些特殊区域，也可以通过网络控制摄像机管理图片，一切都是通过简单的网络访问来实现。

图6

2.3.3 监控中心VPN防火墙：需要在监控中心建立IPSec VPN，以此来与现场自动化设备建立无线通讯。

图7

3 结语

该PLC远程监控、故障诊断分析系统可靠性高，安全性能好。系统通过功能强大的在线分析，能准确而及时地把握整个生产企业自动化设备的运行状况，准确捕获运行故障隐患，完成在线分析、诊断。PLC远程监控、故障诊断分析系统快速地解决了用户设备的故障问题，提高了企业对新型故障的防范能力，降低了故障率，而且降低了维护成本，为用户提供了更多的维护服务，具有重要的现实意义和广阔的推广前景。

参考文献

[1] 李凤阁，佟为明.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2] 浙江大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程序控制器系统[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

[3] 钱晓龙.MicroLogix控制器应用实例[M].北京：机械工业出版社，2003.

作者简介：李正训（1972—），男，山东莱芜人，山东泰安煤矿机械有限公司高级工程师，研究方向：液压、电气控制系统的设计及开发。

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