基于FactoryTalk View的遠程故障診斷系統的應用研究*

張　濤，黃善杰（中國科學院云南天文臺 光電實驗室，云南 昆明 650011）

基于FactoryTalk View的遠程故障診斷系統的應用研究*

張濤，黃善杰
（中國科學院云南天文臺 光電實驗室，云南 昆明 650011）

介紹了以羅克韋爾的DeviceNet現場總線為基礎的條件下，利用FactoryTalk View套件部署相應類型監控、管理系統，并介紹了整個部署的流程。同時給出了實現遠程診斷的解決方案。

部署；總線；診斷；遠程

0　引言

DeviceNet是羅克韋爾公司推出的第五代現場總線標準之一，第五代現場總線系統具有開放性、分散性、擴展性等諸多優點［1］，受到了眾多設備廠商的青睞。對于應用企業而言，分散性最直接的好處就是風險分散，不會因為一個設備的損毀導致整個系統的損壞。擴展性意味著給企業設備的日后升級帶來了極大的便利。通信標準的開放性意味著有眾多終端設備可供選擇，設備價格也必然實惠。

企業在享受諸多優點的同時也面臨一個重要的問題，就是整個工業控制系統的運行維護。由于現場總線系統是由眾多分散的終端構成的，即便一個很小的系統也是由幾十個甚至幾百個終端構成的。如何有效地管理、監控這些終端，以及故障發生時如何快速地鎖定故障源，將是企業必須解決的一個問題。羅克韋爾的FactoryTalk View Studio開發套件將有效解決上述問題，它采用一種直觀的方法管理系統、維護系統。下面介紹FactoryTalk View的系統架構，以及如何部署該管理系統。如圖1所示，FactoryTalk View管理系統可分為網絡版、單機版、機器版。

圖1　部署類型

下面分別介紹網絡版、本地版的特點，以及分別適合部署什么類型的系統。

1　網絡版

該版本適合N+N的結構，第一個N指的是N個人機接口服務器（HMI Sever），其主要功能是作為圖形服務。第二個N指的是數據服務器，通常用于與現場設備的通信，其通信一般采用兩種方式：一種是Rslinx Enterprise；另一種是過程控制（OPC）通信方式。網絡版較為適合分散式的系統部署，一般用于大型工礦企業。為了更好地說明問題，這里給出一個簡單的例子：一個汽車廠可以劃分為幾個區域，沖壓裝配區域、主體車間區域、噴涂車間區域、發動機區域、傳輸區域。在這種情況之下較為適合采用網絡部署的方式，它可以讓整個系統結構清晰，工作效率最高。

應用FactoryTalk View部署網絡版系統，一般需要創建域、HMI服務器創建、數據服務器、遠程通信幾個步驟。

1.1創建域

讓每個域對應一個工廠區域，這樣每個域就可以管理一個固定的過程控制區，下面以一個汽車裝配廠為例來創建區域分布。創建A area對應沖壓裝配區、B area對應主體車間區、C area對應噴涂車間區等，如圖2所示。

圖2　域分布

1.2HMI服務器創建

在每個域中可以創建一個HMI服務器以及多個數據服務器，HMI服務器的創建如圖3所示。

圖3　HMI服務器創建

HMI服務器提供圖形服務，圖形開發工作也主要集中在HMI服務器上，該服務器提供以下幾個主要功能。

1.2.1標簽管理

標簽是所有開發的基礎，HMI從 Data Sever獲得現場數據以后以標簽的形式實現現場數據與標簽的一一對應關系，圖形的相應動作也是根據標簽值來實現的。標簽的創建如圖4所示。

在圖4中創建了標簽 Light，它與可編程邏輯器件（PLC）中的繼電器模塊的某一位（例如：A1：0/1）相對應，Light與圖形畫面相關聯，畫面中的小燈的顏色將由Light反映，當 Light=1時小燈為紅，當 Light=0時小燈變綠。Light與A1：0/1是相對應的，這樣操作員只需要在值班室就可以完全知道全廠設備的工作狀態。當錯誤狀態發生時，值班室的聲光報警系統將啟動，操作員可以準確地發現故障源以及發生的位置，使其在故障處理時成為依據。

圖4　標簽創建

1.2.2圖形編輯

圖形編輯界面是實現圖形繪制的部分，上面所說的小燈的外形以及顏色就在該區域進行繪制。一般圖形界面所繪制的圖形是廠區布局、狀態的直接反映，完全可以在電腦上繪制一個虛擬工廠，這個工廠就是現實工廠的實時反映。

圖5就是某工廠車間的虛擬界面，這個界面完全對應真實的生產狀態。通過這樣的方式，一個操作員、一臺電腦就可以管理這個廠區，以這種方式工作必將大大節省人力物力。

圖5　虛擬工廠

1.2.3標簽報警

標簽報警是標簽數據異常的反映，當標簽值超過了指定閾值時報警將發生，并將異常值寫入故障數據庫，趨勢圖將根據數據庫中的數據繪制故障趨勢，通過趨勢圖生產管理者就可以得出一些結論，例如：通過溫度趨勢圖，管理者就可以發現什么溫度容易導致設備故障，或者生產效能低下，這樣便可以指導將來的設備改造。圖6是標簽報警設置界面。

圖6　標簽報警設置

1.2.4衍生標簽

有時狀態信息并不是某一標簽的直接反映，而是多個標簽的某種邏輯關系，這樣衍生標簽將是一種有效的處理方法。通過衍生標簽就可以邏輯編程的方式實現所需的邏輯關系。圖7為衍生標簽界面。

圖7　衍生標簽

1.3數據服務器

上面介紹了一些HMI服務器的有關內容，其大部分內容都與標簽有關。但是如何從現場設備獲取標簽數據呢？數據服務器是數據源的提供者，本文介紹的現場設備使用的是 DeviceNet現場總線技術，現場PLC通過掃描模塊不斷掃描現場設備的狀態信息，然后數據庫通過OPC服務器或者 Rslinx Enterprise服務器獲取PLC提供的數據，最終形成了圖8所示的結構。

圖8　數據服務器通信模型

圖8中OPC服務器和數據服務器采用的是OPC的通信方式。下面簡要介紹OPC。OPC是用于過程控制的一個工業標準，它是包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過程控制和制造業自動化系統。它的出現為基于 Windows的應用程序和現場過程控制應用建立了橋梁［2］。在過去，為了存取現場設備的數據信息，每一個應用軟件開發商都需要編寫專用的接口函數。由于現場設備種類繁多，且產品不斷升級，往往給用戶和軟件開發商帶來了巨大的工作負擔。通常這樣也不能滿足工作的實際需要，系統集成商和開發商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設備驅動程序。因此，OPC標準應運而生。

建立 OPC的通信需要兩個步驟，首先在 FactoryTalk View中需要選擇OPC通信協議，如圖9所示；其次建立OPC Server服務器。OPC Server通過羅克韋爾Rslinx建立，Rslinx是羅克韋爾開發的設備網關，通過它可以與羅克韋爾的硬件產品進行通信，其如何與硬件通信并不需要關心，Rslinx中已經完成了這個過程，只需要通過相關的組態軟件，便可完成硬件系統的組態工作。

圖9　OPC數據通信

圖10是 OPC服務器的創建界面，OPC服務器創建以后就可以在 FactorYtalk中看到新建的服務器，選擇它就可實現OPC通信。

圖10　Rslinx OPC服務器

1.4遠程通信

遠程通信的方案很多，本文介紹一種經濟實惠的通信方案。傳統的通信方案需要租賃固定的IP，這樣必將增加維護成本。利用虛擬網絡隧道（VPN）的方式可以免除固定IP的租賃，并且VPN采用了諸多有效的加密協議，可以很好地保證通信的安全性［3］。VPN網絡的組建也不復雜，只需要購買兩個VPN路由，在路由器的管理界面選用一種適合自己的VPN協議便可。具體的操作過程需要參看VPN路由的手冊。網絡組建以后便可以實現網絡兩端的設備成為同一局域網，最終可以利用FactoryTalk軟件實現網絡部署。這樣北京總部即可實時監控廣州工廠設備的運轉狀態，北京的技術部也可以高效快捷地處理廣州工廠中的設備故障。

至此，已經介紹了整個遠程故障診斷系統的部署流程。通過這個系統可以有效地實現設備的遠程監控、管理，利用VPN網絡工程師可以在世界上的任何一個地方接入系統，隨時為廠區設備提供技術支持。這種技術在國外已經得到廣泛的應用，而國內卻剛剛起步，如果這種技術得到廣泛的應用，勢必對國內的生產帶來深遠的意義。

2　本地版

本地版和網絡版的區別不是太大，唯一的區別是，本地版不能建立域的概念，準確地說是只能建立一個域，只能實現1+N的結構——一個HMI服務器，N個數據服務器。這種架構適合規模不是太大，也沒有太多的區域劃分的工廠，只通過一個域來進行統一管理。其他部分，本地版部署的技術細節與網絡版一致［4］。下面簡單介紹一下云南天文臺一米紅外太陽塔的系統部署，其所采用的就是本地部署的方案，如圖11所示。

從圖11可以看出，該系統的HMI和Data服務器是在一臺計算機上的SLC500處理器，通過現場總線掃描每個子站以及子站下面掛設的終端信息，最終通過OPC提交給 Data Sever，HMI Sever再從 Data Sever獲取數據信息進行數字化圖形顯示。最后客戶端再在局域網內與HMI Sever交互，最終操作員、工程師可以獲取現場設備信息，如再增加VPN通信，便可順利地實現遠程通信、診斷、監控。

圖11　云南天文臺系統部署

3　結論

本文旨在通過研究給工礦企業的系統設計提供一些有用的建議，同時也為推動我國的電氣自動發展貢獻一些微薄的力量。

［1］錢曉龍，李曉理.SLC500控制系統與 PanelView訓練課程［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［2］錢曉龍.NetLinx網絡架構［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［3］王春海.VPN網絡組建案例實錄［M］.北京：科學出版社，2011.

［4］羅克韋爾.FactoryTalk View SE用戶手冊［Z］.2011.

圖3　無線油井檢測模塊軟件流程圖

4　結論

經實踐證明，使用基于STM32和GPRS無線油井監控器達到了較好的效果，采用 GPRS無線通信，免去控制線的布線繁瑣。監控器模塊對油機供電網絡掉電或異常檢測并發送報警，避免了不必要的故障查找。監控器模塊可輸入指定的區別名稱，當發送故障時，可直接定位到具體的線路。監控器模塊帶有獨立運行系統，也可脫離監控中心獨立執行命令。當監控中心發生停電或者其他系統故障以及移動網絡臨時故障時，監控器模塊可獨立執行任務，例如直接給管理員發送手機短信提示故障。也可在現有系統上直接升級為控制系統，避免重復投資。

參考文獻

［1］胡長暉，葉夢君.基于 GPRS和廣域 IP的數據采集系統設計［J］.信息技術，2011（2）：93-95.

［2］任志國，林立.基于 MCU的抽油機節能控制儀表與控制技術［J］.儀表技術，2005（4）：66-67.

［3］意法半導體.STM32F10x-StdPeriph-Lib［EB/OL］.［2012-3-02］（2014-11-01）.http//www.st.com/internet/com/internet/com/SOFTWARE_RESOURCES/SW_COMPONENT/FIRMWARE/stm32 f10x_stdperiph_lib.zip.

［4］芯訊通無線科技有限公司.SIM900_AT command manual_V1.05［EB/OL］.［2011-10-31］（2014-11-01）.http：//wm.sim.com/Sim/FrontShow_en/wireless/detail.aspx？cid=6＆nid=770.

（收稿日期：2014-11-19）

作者簡介：

陳琦（1982-），通信作者，男，本科，工程師，主要研究方向：繼電保護和電力電子產品開發。E-mail：chenliantong@163.com。

丁麗娜（1982-），女，博士，工程師，主要研究方向：單片機及嵌入式技術。

The application of remote fault diagnosis system based on FactoryTalk View research

Zhang Tao，Huang Shanjie
（Laboratory of Optorelectronics，Yunnan Observatories，Chinese Academy of Sciences，Kunming 650216，China）

This paper introduces in the rockwell DeviceNet fieldbus based conditions，how to make use of FactoryTalk View suite to deploy monitoring and management system，and introduces the overall process of the deployment.At the same time，it puts forward how to realize the remote diagnosis of the solution.

deployment；fieldbus；diagnose；remote

TP306

A

1674-7720（2015）06-0003-04

2014-11-19）

張濤（1981-），男，碩士，工程師，主要研究方向：電子科學技術。

黃善杰（1984-），男，碩士，工程師，主要研究方向：熱控技術。

青年國家基金項目（ 11103076 ）