基于Internet的远程故障诊断和维护系统在水处理设备中的应用

周鹏　马骏

摘要：水处理及垃圾处理的现场设备出现异常故障时需要维护工程师到现场进行故障诊断，设备制造企业往往很难及时响应用户要求排除故障。基于Internet完成设备的远程故障诊断和维护系统能够很好地解决这一问题。

关键词：远程诊断，internet，远程会诊，VPN

一、解决方案的制订

1.现场电气系统改造

水处理现场电气系统部分主要由PLC、HMI等核心设备组成，在原有系统配置基础上增加以太网通信模块，3G工业级智能网关及3G数据业务卡等，将PLC站点接入互联网。

2.建立远程设备监控维护中心

组建远程设备监控维护中心，采用ADSL等有线网络接入互联网。一般2Mbit/s带宽即可以满足中心需求（具体要根据现场情况判定，如果需要上传视频数据则需要更高的带宽）。中心需具备固定的专网IP地址。

3.承载网络

现场各个PLC站点通过3G无线网络连接，快速接入互联网。

远程维护中心与现场通过VPN技术建立数据传输隧道，从而保证数据传输的安全性。

二、改造方案的实施

1.技术方案

在原有的西门子S7-200 PLC控制系统配置基础上，增加以太网通信模块6GK7 243-1EX00-0XE0，支持VPN功能的映翰通公司3G工业级智能网关IR714WH01和研华交换机EK1-2528，并在IR714WH01智能网关中插入3G数据业务卡。

由于现场各台设备的站点位置非常分散，所以每台设备配备一套控制器，现场的PLC通过以太网方式与研华交换机及映翰通无线路由器相连组成局域网，局域网内的IP地址信息可以根据实际情况规划，其中PLC实现现场数据的采集工作，映翰通智能网关负责与远程设备监控维护中心建立数据连接隧道，实现数据传输和信息交互。

现场映翰通智能网关通过插入的3G数据业务卡拨号接入互联网，通过和远程设备监控维护中心VPN路由器设备建立VPN数据传输隧道，实现与远程设备监控维护中心通信，交互数据，并接收远程设备维护中心下发的控制指令。

2.远程设备监控维护中心

远程设备监控维护中心采用思科公司生产的VPN接入路由器CISCO2911-SEC/K9和防火墙ASA5505-K8，安装有固定IP地址的有线网络，实现有线网络接入。数据运行服务器采用DELLT1650工作站，服务器安装映翰通中心管理软件Device Manager 和 Device Touch以及现场所需各品牌及系列的PLC编程软件，以太网方式连接，组成局域网。

远程设备监控维护中心通过VPN接入路由器设备接入互联网。维护中心运行相关编程软件。远程设备监控维护中心通过VPN隧道与现场无线路由器建立通信连接，从而实现维护中心与现场设备站点相互通信，并且可以实时调看现场数据等。还可以通过远程方式对现场设备进行参数调整、设定和程序上传、下载等功能，维护中心服务器通过收到的现场各个设备站点数据能够及时了解到各个现场设备的运行情况，便于管理人员及时快速了解各个设备站点的运行情况，制订维修计划，提高了管理工作和数据采集工作的效率。

3.应用效果

远程设备监控维护中心方案实施后，通过远程方式能监控现场水处理设备的异常运行状态，采集相关数据，了解掌握设备当前运转情况，能及时判断故障及提前制订维修计划，在必要时能够通过远程的方式对设备进行变量参数修改及逻辑程序更新等，及时恢复现场设备运行。以前维修工程师需要到现场才能够针对设备进行调试和诊断，现在身处异地的维护工程师可以随时随地接入Internet，通过登录VPN方式连接远程设备监控维护中心，就能够对现场的设备进行相关操作，为用户提供技术支持。

三、改造后系统的优点

1.监控现场网络无人值守。3G无线工业路由器24h在线，保证了远程设备监控维护中心对现场数据实时采集。

2.3G工业无线路由器具备链路自愈特性，保证了设备远程监控维护中心数据传输的稳定性。

3.监控现场网络接入无需运营商布线，3G无线工业路由器通过遍布全球的2.5G/3G网络快速接入网络，具备快速组网，灵活组网且便于维护等特性。

4.3G无线工业路由器无需另购开关电源，可通过PLC电源直接供电，尺寸小便于现场安装工作。

5.3G无线工业路由器集成多层次安全功能，保证设备远程监控维护中心的数据传输安全性。

6.提高资源的利用率。维护中心维护人员可通过远程方式及时了解到各个工业设备站点的运行情况以及数据情况等信息，从而及时处理相关数据信息。

7.灵活性和可扩展性。具备充分的接入能力和可扩展性，包括多种接入方式的提供和接入的可扩展性，带宽的扩展与速率的平滑升级以及处理能力的可扩展性，最大程度地减少对网络架构和现有设备的调整。

8.可管理性。考虑到现场设备分布比较分散，维护困难程度比较大，方案采用集中管理的网络架构，实时监测设备的运行状态，并通过远程设备监控维护中心对设备进行远程设置。

9.兼容性和经济性。能够最大限度地保证网络现有各种计算机软、硬件资源的可用性和连续性。

10.经济性。在充分利用现有资源的情况下，最大限度地降低网络系统的总体投资。

四、效益分析

1.减少用户设备的停机和故障，为用户带来更多的受益和更少的费用支出。

2.更快地响应速度，更准确的远程诊断及维护，提高了用户的满意度。

3.为更多的用户提供专家级的服务和咨询，提高了服务技术水平。

4.提高维护工程师的工作效率，减少现场维护，降低售后服务成本。

5.实现“预防式服务”， 预先发现设备隐患，降低用户损失：主动提供设备巡检，发现设备边界状态，有计划地安排设备的停机维修，维护先于故障的发生。

五、结束语

基于Internet的远程故障诊断和维护系统在水处理设备的应用中，由专人对用户的系统进行24h监控，对采集到的运行数据进行分析，可以做到预先发现设备隐患，提出适当的维护计划，并对用户的设备管理提出合理化建议，在降低维护成本的同时，提高了工作效率，带来了极大的经济及社会效益。