基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷

莫宗瑜 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷

莫宗瑜 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

隨著電氣技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)電氣設(shè)備自動(dòng)化的要求也逐漸提高。在現(xiàn)今因特網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)支持下，可以采用更加快捷的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化需求。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)離不開(kāi)PLC，如何在因特網(wǎng)中引入PLC技術(shù)，這對(duì)于眾多企業(yè)而言也是十分重要的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障診斷，這是目前需要考慮的重要問(wèn)題。本文主要是介紹了PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成以及系統(tǒng)的相關(guān)原理，另外還針對(duì)PLC的故障診斷方法進(jìn)行了論述。

PLC 遠(yuǎn)程監(jiān)控 故障診斷

這些年以來(lái)監(jiān)控以及故障診斷的技術(shù)在國(guó)外得到了很大的發(fā)展，同時(shí)故障診斷在確保設(shè)備安全以及設(shè)備質(zhì)量方面有著重大的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障診斷取得了很大的成就。這給傳統(tǒng)的設(shè)備新的定義。專家接收來(lái)自設(shè)備以及運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而得到相應(yīng)的診斷結(jié)果，進(jìn)而完成了數(shù)據(jù)傳遞的實(shí)現(xiàn)。

PLC（可編程序控制器）在這些年發(fā)展飛速，而且在很多的應(yīng)用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)核心是微處理器，所用到的技術(shù)具體包括了自動(dòng)化技術(shù)，微機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)等等。隨著現(xiàn)今社會(huì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)全球化，以及電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)備制造企業(yè)在產(chǎn)品的要求方面有了很高的意識(shí)，同時(shí)整體盈利水平以及企業(yè)品牌價(jià)值的好壞是評(píng)判現(xiàn)今設(shè)備售后的服務(wù)水平的標(biāo)準(zhǔn)。所以，在設(shè)備制造企業(yè)看來(lái)，企業(yè)除了要實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破以外，還需要不斷地開(kāi)拓新的市場(chǎng)，從而讓最新的產(chǎn)品可以迅速地適應(yīng)，同時(shí)需要確保產(chǎn)品的質(zhì)量是優(yōu)異的，同時(shí)在產(chǎn)品的服役過(guò)程中需要給予全方位甚至全周期的服務(wù)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品完成全周期的保修。在這種趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備制造企業(yè)可以成功地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，這可以說(shuō)挑戰(zhàn)也可以說(shuō)是機(jī)遇。在這種環(huán)境下，就需要將更多的故障診斷模塊以及遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊加入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期，同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集工作。經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及對(duì)故障進(jìn)行診斷后，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備制造企業(yè)中所投入的維護(hù)成本，另外一方面還可以將設(shè)備企業(yè)中的生產(chǎn)率提高，從而快速地找到問(wèn)題，并且解決問(wèn)題。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

遠(yuǎn)程監(jiān)控以及對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷，所依賴的技術(shù)會(huì)死計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換以及信號(hào)的處理，在將數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)端傳送到遠(yuǎn)程控制端的時(shí)候，數(shù)據(jù)的分析工作實(shí)施交給遠(yuǎn)程工程師完成的，另外還會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)做個(gè)簡(jiǎn)要的評(píng)估，根據(jù)所制定的標(biāo)準(zhǔn)完成具體的操作從而將相應(yīng)的診斷結(jié)果發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)員工，進(jìn)而保證整個(gè)設(shè)備可以完成遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障診斷。現(xiàn)今，目前的工業(yè)系統(tǒng)正在朝著集成、自動(dòng)化發(fā)展，目的是為了擴(kuò)大規(guī)模，提高效率。所以針對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障的診斷，人們有了更高的需求。

1.1 可靠性

企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)設(shè)備與市場(chǎng)的相互適應(yīng)，就需要做到高度可靠性。當(dāng)系統(tǒng)失效或者是設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，對(duì)社會(huì)的穩(wěn)定會(huì)有著重大的影響作用。

1.2 智能化

實(shí)現(xiàn)智能化是現(xiàn)今實(shí)現(xiàn)設(shè)備集成以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一種重大的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)監(jiān)控以及診斷系統(tǒng)可以及時(shí)檢測(cè)在設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的異常以及故障，并且對(duì)故障進(jìn)行分析。所以，監(jiān)控以及診斷系統(tǒng)所應(yīng)用的技術(shù)是人工智能技術(shù)以及通信技術(shù)，由于這些技術(shù)從而確保了設(shè)備可以正常運(yùn)行。

1.3 實(shí)時(shí)性

實(shí)時(shí)性因?yàn)楝F(xiàn)今設(shè)備在工作過(guò)程中所體現(xiàn)出來(lái)的連續(xù)性，通過(guò)監(jiān)控以及診斷后可以對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，此外還可以對(duì)環(huán)境變量以及變量的變化進(jìn)行監(jiān)控。

2 基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控的診斷系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)的基本原理是通過(guò)遠(yuǎn)程的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)異地微機(jī)接收到了PLC的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的時(shí)候，工程師就能夠進(jìn)行分析與診斷。通過(guò)Modem的方式將PLC接入到網(wǎng)絡(luò)中，接著借助PLC從而實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的相互連接。

如果發(fā)現(xiàn)所監(jiān)控的微機(jī)和PLC之間的距離是很短的時(shí)候，能夠根據(jù)RS-232以及RS-422從而完成鏈接。當(dāng)超過(guò)了一定的距離的時(shí)候，數(shù)據(jù)的傳輸就通過(guò)通信布線實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)今一般使用比較多的PLC控制器是西門子S7-200PLC。該設(shè)備能夠兼容其他的設(shè)備接口，進(jìn)而保證系統(tǒng)可以靈活地運(yùn)行。

3 PLC診斷故障的方法

PLC診斷的原理是根據(jù)PLC的邏輯功能以及運(yùn)算功能，從而對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并且對(duì)比分析數(shù)據(jù)之間的差異，如果該差異是大于系統(tǒng)所設(shè)置的范圍，那么就會(huì)出現(xiàn)警告的信息。所以故障診斷的主要功能涉及到了數(shù)據(jù)的判斷，檢測(cè)以及數(shù)據(jù)的輸出等等。所以在PLC的控制系統(tǒng)中對(duì)傳感器有著很高的要求，確保所輸入的信息。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，MEMS的器件也逐漸進(jìn)入到人們的視線中，很多的設(shè)備的成本也設(shè)置在了人們可以接受的范圍以內(nèi)。

PLC的特點(diǎn)直接影響著設(shè)備發(fā)生故障的頻率，同時(shí)PLC可以進(jìn)行自我的修復(fù)功能。PLC的系統(tǒng)中引起故障的原因是在輸入輸出以及執(zhí)行的部分，所以故障的診斷工作的完成需要借助于PLC的控制模塊。現(xiàn)今關(guān)于診斷的方法主要有邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)，超時(shí)限檢測(cè)。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的硬件結(jié)構(gòu)圖

遠(yuǎn)程監(jiān)控的硬件圖如圖1所示。本系統(tǒng)的功能主要包括了幾個(gè)部分，分別是系統(tǒng)的通信、數(shù)據(jù)的顯示、故障的診斷以及數(shù)據(jù)的控制部分等。

4.1 通信連接

通信連接的目的是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的連接操作。因?yàn)橥ㄟ^(guò)以太網(wǎng)從而完成計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)的連接。在操作的執(zhí)行過(guò)程中，第一步是保證通信的回路是通暢的，所以IP地址是需要提前設(shè)置好的。數(shù)據(jù)的傳輸端口也是提前設(shè)置好的，另外還需要進(jìn)行相關(guān)信息的測(cè)試部分。

4.2 數(shù)據(jù)顯示

數(shù)據(jù)顯示部分的工作是完成遠(yuǎn)程顯示，通過(guò)遠(yuǎn)程顯示出紙卷的直徑以及印刷機(jī)的速度和PLC的元件狀態(tài)。另外刷新的頻率是3s一次。

4.3 TCP/IP協(xié)議的概述

不同于OSI模型，TCP/IP不是特定給人設(shè)計(jì)的，是在不斷的實(shí)踐當(dāng)中形成的，TCP/IP的分層模型如圖2所示。

圖2 TCP/IP的分層模型

5 故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該部分主要是介紹了基于PLC的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的完成不需要其他的設(shè)備的支持，通過(guò)PLC的邏輯運(yùn)算，以及數(shù)據(jù)的處理從而診斷模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)。具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，主要介紹為：選擇一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)在控制電路中，該檢測(cè)點(diǎn)主要是完成電路狀態(tài)的采集工作，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)根據(jù)相關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)，分析判斷電路的狀態(tài)，對(duì)故障的原因進(jìn)行確定以及相應(yīng)地調(diào)整。串行通訊所采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成人機(jī)交互的界面，以及分析數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)故障診斷可以分為2個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集工作的完成以及故障的診斷工作。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3示。

圖3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

該電路中的開(kāi)關(guān)以及繼電器有很多。對(duì)電路進(jìn)行仔細(xì)地檢查，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)地分析。設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)中所包括的信息主要有故障的發(fā)生部分，以及電氣的關(guān)鍵部分。所謂的專家系統(tǒng)主要的基礎(chǔ)是完成知識(shí)的研究，并且對(duì)這些組織進(jìn)行重新地解釋，從而確保確保這些知識(shí)是滿足人們的期望的。由于該專家系統(tǒng)的特點(diǎn)是經(jīng)驗(yàn)性以及復(fù)雜性，在診斷系統(tǒng)中應(yīng)用該系統(tǒng)，可以提高準(zhǔn)確性以及高效性。

結(jié)語(yǔ)：現(xiàn)今很多的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障診斷技術(shù)在很多的企業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)很多的人逐漸重視起遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障診斷。這對(duì)于制造業(yè)而言有著重大的影響作用。本文針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域中的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了論述，介紹了系統(tǒng)的組成原理，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)給出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。

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