基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统的研发

周晓峰

兰州职业技术学院 甘肃 兰州 730020

前言:依据相关的研究和调查可以发现,目前在各个领域当中,多数设备的监测和诊断系统都是分布式系统,基础是局域网。虽然这一监测诊断系统能够满足现阶段的使用需求,但是这一体系结构相对比较封闭,无论是故障的维修还是诊断,都会受到人力、技术和地域方面的限制,故障诊断和监测的时效性难以满足理想要求。因此,实现设备故障诊断技术与现代计算机技术、物联网技术的结合发展,研发出对应的智能远程监测诊断系统是一个重要的发展趋势。所以,在接下来的文章中就将针对基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统研发进行详尽阐述,除此之外还将在文章中提出具有针对性的意见和对策,促进远程监测诊断系统的设计水平的提升。

一、关于远程监测诊断系统的概述

为了确保各个领域内的生产设备能够正常地运转,国内的工厂和设备供应商往往都会配备大量的设备和专业维护队伍,人力资源、经济资源的消耗上比较严重,但是长久以来并未取得理想的效果和作用。而且在现代社会经济的高速发展背景下,诸多领域中的业务工作发展迅速[1],相关的设备规模也变得更大,在这种情况下就需要高水平的远程监测诊断系统,基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统就能够满足这种需求,能够实现设备的故障诊断、技术分析、维护和运行状态的实时掌控,同时还可以做到故障预警,对于不同领域的生产工作都具有重要的作用和效果,其中PLC技术、物联网技术发挥出来了重要的效果和作用,基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统也成为了现代先进制造技术与系统的一个重要环节,依靠监控终端的编程软件实现对远程PLC的远程编程与调试、在线监控、在线仿真、程序的上传与下载、数据远程采集、设备远程控制等功能[2],从宏观角度上来说对于社会经济发展也是极为重要的。

二、远程监测诊断系统的原理和优势

（一）远程监测诊断系统的原理

首先,在远程监测技术方面,传统的生产设备运行监测过程中,多数情况下都是交由相关的工作人员借助仪器、仪表针对设备的作业情况进行监控,借助直观的观测效果做出决策和判断。这种人工为主的监测技术工作效率比较低、效果也不理想,在遇到现场设备运行环境恶劣、生产过程分布广泛的情况下,包含核动力、电力、水利、铁路、采矿、石油、远程教育等等领域,传统的监测技术就出现了一定的不足。

而本文中的基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统的研发,能够将计算机技术,通信技术,传感技术融会贯通,进而打破传统监测技术地域上的限制,并且能够实现资源和任务的共享,使得设备的监测工作能够达到实时、快速和有效,一改传统的监测模式。本文的基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统的研发过程中,主要应用的是Internet技术,并且在TCP/IP协议和WWW规范支持下,可以合理组织软件结构[3],其中嵌入式系统的运用,能够实现不同信息和数据的本地化处理,改善系统的服务性能,每一个设备都可以具有网络与服务功能,简单来说就是可以使得每一个设备都可以独立服务,监测的质量和范围都会得到明显提升。故障诊断技术方面,基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统主要采取多参量、多故障的综合诊断技术,并且在系统中,云平台还会对数据、信息的传输进行加密,针对连入到网络的不同终端进行安全认证和数据访问过滤,避免网络被破解或者是防止外界接入连接,从而确保诊断过程数据和信息的安全性

（二）远程监测诊断系统的优势

基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统世界和现代信息处理技术和无线网络技术的一种远程控制系统,支持远程监测、远程调试、远程下载等等,主要具有以下几方面的优势;

首先,基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统具有良好的兼容性,可以兼容西门子、三菱、台达等等主流的PLC,这使得本文所研究的这一系统的泛用性得到了比较大的提升。同时,在通信技术方面,同时支持4G、局域网等等通信方式,可以满足各种场合的应用要求[4];

其次,本文所研究的系统具有良好的实时性特点,可以确保系统二十四小时在线,相关的技术工作人员在远端就能够进行管控,实现物联网的保障,例如在发现设备具有故障的情况下,可以第一时间处理,提升售后维修、维护的可靠程度;

最后,本文所研究的基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统还具有很好的经济性特点,其中可以明显节省工程师的出差成本,从而更好地实现人力资源的配置和运用,这也是传统的监测诊断系统所难以实现的。而且系统还可以防止破解和外界接入链路,从而确保基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统可以安全、有效的运行。

三、基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统总体设计结构模型及控制算法

（一）物联网环境下远程控制系统总体设计和功能模块分析

在物联网的环境下针对远程监测诊断系统进行设计的过程中主要采取Zig-Bee技术,实现对模型化平台的远程控制,并且在Zig-Bee技术和相应通信技术的协同配合下,远程模块化平台就能够实现远程的遥控,也就是远程作业和智能控制。为了顺利完成基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统的构建,首先需要进行总体模块的设计[5],总体模块分为几种不同的模块,包含传感器模块、CAN通信模块等等。其中传感器模块是物联网的核心部分,主要进行远程控制和数据的感知,主要通过敏感元件和换能器实现信号的采集,相当于人的大脑一般,其重要性不言而喻。

本文的基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统主要采取ARM主控单元,信号的预处理方面采取收发转换电路,为此还需要采取信道均衡算法进行CAN通信,进而实现增益控制。在系统的功能设计模块当中,主要采用DSP数字信号处理芯片,这样就能够完成高效率、高水平的数据交换,依据采样幅值对系统输出的动态增益范围进行对应的控制。除此之外控制A/D转换器的运用,可以在物联网环境下完成模块化平台程度的加载和数据采样,后续各种底层信息就能够高效完成数据采集和分析,经过ARM主控系统处理的数据和信息经过网关就能够传送到外部网络。

（二）通信信道自适应均衡及控制算法

在基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统的设计过程中,在系统总体结构设计的基础之上,还需要重点对系统的CAN通信模块进行研究,系统的执行指令主要通过CAN通信模块进行数据通信,PLC上的串口与WIFi设备的服务器进行连接,物联网实验平台的接入可以实现信息和数据的高效传输。另外,在基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统设计过程中,考虑到模块化平台的非线性特点和不确定性[6],需要在CAN总线实时上传控制信号,进而执行相应的远程控制命令。除此之外,由于本系统存在非线性信道,容易出现信道失衡,因此相关的设计工作人员还需要在原有的基础之上进行信号均衡设计工作,进而提升系统整体的控制性能,控制系统的接受信号为一个n个决策变量多输入输出模型所组成,在实践应用过程中可以取得很好的效果和作用[7]。

（三）硬件设计与软件实现

在本文研究的基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统设计过程中,需要在功能模块设计和算法设计的基础之上完成硬件的电路设计,在设计过程中可以采用ADUM1201和PCA82C250作为处理芯片,并且采用PLC逻辑编程技术,在物联网环境下实现基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统的设计工作。

与此同时,为了使得系统更加安全且稳定[8],需要在Zigbee的MAC层植入模糊神经网络控制程度,采用ADSP-BF53设计时钟电路,同时在晶振的每一个电源负载端上还需要进行电复位设计,提升系统的自动化和智能化水平。

结论:综上所述,就是笔者针对基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统的研发的相关研究和论述了,从文中阐述内容中不难看出,这一系统主要plc为设备控制核心,同时通过5G、4G、wifi及以太网等多种通信方式再通过VPN over P2P的专用安全通道直接将PLC的程序及运行参数采集至PC、LED屏等监控终端,具备良好的自动化和智能化属性特点。目前国内各项工作已经实现精细化发展,尤其是工业生产制造领域,简单来说,不同领域都急需要高水平的远程监测诊断系统,这样才能满足现代社会的发展需求,数据远程采集、设备远程控制功能的实现,极大地提升了监测诊断工作效率和工作质量,它的应用大大提高了企业生产速度和服务质量,增强了企业竞争力。另外,后续发展过程中还需要重视基于PLC以及物联网技术的远程监测诊断系统的创新开发工作,使其功能性提升、功耗降低,这样才能使得不同领域的监测诊断需求得到有效满足。