基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統的研發

周曉峰

蘭州職業技術學院 甘肅 蘭州 730020

前言:依據相關的研究和調查可以發現,目前在各個領域當中,多數設備的監測和診斷系統都是分布式系統,基礎是局域網。雖然這一監測診斷系統能夠滿足現階段的使用需求,但是這一體系結構相對比較封閉,無論是故障的維修還是診斷,都會受到人力、技術和地域方面的限制,故障診斷和監測的時效性難以滿足理想要求。因此,實現設備故障診斷技術與現代計算機技術、物聯網技術的結合發展,研發出對應的智能遠程監測診斷系統是一個重要的發展趨勢。所以,在接下來的文章中就將針對基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統研發進行詳盡闡述,除此之外還將在文章中提出具有針對性的意見和對策,促進遠程監測診斷系統的設計水平的提升。

一、關于遠程監測診斷系統的概述

為了確保各個領域內的生產設備能夠正常地運轉,國內的工廠和設備供應商往往都會配備大量的設備和專業維護隊伍,人力資源、經濟資源的消耗上比較嚴重,但是長久以來并未取得理想的效果和作用。而且在現代社會經濟的高速發展背景下,諸多領域中的業務工作發展迅速[1],相關的設備規模也變得更大,在這種情況下就需要高水平的遠程監測診斷系統,基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統就能夠滿足這種需求,能夠實現設備的故障診斷、技術分析、維護和運行狀態的實時掌控,同時還可以做到故障預警,對于不同領域的生產工作都具有重要的作用和效果,其中PLC技術、物聯網技術發揮出來了重要的效果和作用,基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統也成為了現代先進制造技術與系統的一個重要環節,依靠監控終端的編程軟件實現對遠程PLC的遠程編程與調試、在線監控、在線仿真、程序的上傳與下載、數據遠程采集、設備遠程控制等功能[2],從宏觀角度上來說對于社會經濟發展也是極為重要的。

二、遠程監測診斷系統的原理和優勢

（一）遠程監測診斷系統的原理

首先,在遠程監測技術方面,傳統的生產設備運行監測過程中,多數情況下都是交由相關的工作人員借助儀器、儀表針對設備的作業情況進行監控,借助直觀的觀測效果做出決策和判斷。這種人工為主的監測技術工作效率比較低、效果也不理想,在遇到現場設備運行環境惡劣、生產過程分布廣泛的情況下,包含核動力、電力、水利、鐵路、采礦、石油、遠程教育等等領域,傳統的監測技術就出現了一定的不足。

而本文中的基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統的研發,能夠將計算機技術,通信技術,傳感技術融會貫通,進而打破傳統監測技術地域上的限制,并且能夠實現資源和任務的共享,使得設備的監測工作能夠達到實時、快速和有效,一改傳統的監測模式。本文的基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統的研發過程中,主要應用的是Internet技術,并且在TCP/IP協議和WWW規范支持下,可以合理組織軟件結構[3],其中嵌入式系統的運用,能夠實現不同信息和數據的本地化處理,改善系統的服務性能,每一個設備都可以具有網絡與服務功能,簡單來說就是可以使得每一個設備都可以獨立服務,監測的質量和范圍都會得到明顯提升。故障診斷技術方面,基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統主要采取多參量、多故障的綜合診斷技術,并且在系統中,云平臺還會對數據、信息的傳輸進行加密,針對連入到網絡的不同終端進行安全認證和數據訪問過濾,避免網絡被破解或者是防止外界接入連接,從而確保診斷過程數據和信息的安全性

（二）遠程監測診斷系統的優勢

基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統世界和現代信息處理技術和無線網絡技術的一種遠程控制系統,支持遠程監測、遠程調試、遠程下載等等,主要具有以下幾方面的優勢;

首先,基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統具有良好的兼容性,可以兼容西門子、三菱、臺達等等主流的PLC,這使得本文所研究的這一系統的泛用性得到了比較大的提升。同時,在通信技術方面,同時支持4G、局域網等等通信方式,可以滿足各種場合的應用要求[4];

其次,本文所研究的系統具有良好的實時性特點,可以確保系統二十四小時在線,相關的技術工作人員在遠端就能夠進行管控,實現物聯網的保障,例如在發現設備具有故障的情況下,可以第一時間處理,提升售后維修、維護的可靠程度;

最后,本文所研究的基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統還具有很好的經濟性特點,其中可以明顯節省工程師的出差成本,從而更好地實現人力資源的配置和運用,這也是傳統的監測診斷系統所難以實現的。而且系統還可以防止破解和外界接入鏈路,從而確保基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統可以安全、有效的運行。

三、基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統總體設計結構模型及控制算法

（一）物聯網環境下遠程控制系統總體設計和功能模塊分析

在物聯網的環境下針對遠程監測診斷系統進行設計的過程中主要采取Zig-Bee技術,實現對模型化平臺的遠程控制,并且在Zig-Bee技術和相應通信技術的協同配合下,遠程模塊化平臺就能夠實現遠程的遙控,也就是遠程作業和智能控制。為了順利完成基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統的構建,首先需要進行總體模塊的設計[5],總體模塊分為幾種不同的模塊,包含傳感器模塊、CAN通信模塊等等。其中傳感器模塊是物聯網的核心部分,主要進行遠程控制和數據的感知,主要通過敏感元件和換能器實現信號的采集,相當于人的大腦一般,其重要性不言而喻。

本文的基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統主要采取ARM主控單元,信號的預處理方面采取收發轉換電路,為此還需要采取信道均衡算法進行CAN通信,進而實現增益控制。在系統的功能設計模塊當中,主要采用DSP數字信號處理芯片,這樣就能夠完成高效率、高水平的數據交換,依據采樣幅值對系統輸出的動態增益范圍進行對應的控制。除此之外控制A/D轉換器的運用,可以在物聯網環境下完成模塊化平臺程度的加載和數據采樣,后續各種底層信息就能夠高效完成數據采集和分析,經過ARM主控系統處理的數據和信息經過網關就能夠傳送到外部網絡。

（二）通信信道自適應均衡及控制算法

在基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統的設計過程中,在系統總體結構設計的基礎之上,還需要重點對系統的CAN通信模塊進行研究,系統的執行指令主要通過CAN通信模塊進行數據通信,PLC上的串口與WIFi設備的服務器進行連接,物聯網實驗平臺的接入可以實現信息和數據的高效傳輸。另外,在基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統設計過程中,考慮到模塊化平臺的非線性特點和不確定性[6],需要在CAN總線實時上傳控制信號,進而執行相應的遠程控制命令。除此之外,由于本系統存在非線性信道,容易出現信道失衡,因此相關的設計工作人員還需要在原有的基礎之上進行信號均衡設計工作,進而提升系統整體的控制性能,控制系統的接受信號為一個n個決策變量多輸入輸出模型所組成,在實踐應用過程中可以取得很好的效果和作用[7]。

（三）硬件設計與軟件實現

在本文研究的基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統設計過程中,需要在功能模塊設計和算法設計的基礎之上完成硬件的電路設計,在設計過程中可以采用ADUM1201和PCA82C250作為處理芯片,并且采用PLC邏輯編程技術,在物聯網環境下實現基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統的設計工作。

與此同時,為了使得系統更加安全且穩定[8],需要在Zigbee的MAC層植入模糊神經網絡控制程度,采用ADSP-BF53設計時鐘電路,同時在晶振的每一個電源負載端上還需要進行電復位設計,提升系統的自動化和智能化水平。

結論:綜上所述,就是筆者針對基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統的研發的相關研究和論述了,從文中闡述內容中不難看出,這一系統主要plc為設備控制核心,同時通過5G、4G、wifi及以太網等多種通信方式再通過VPN over P2P的專用安全通道直接將PLC的程序及運行參數采集至PC、LED屏等監控終端,具備良好的自動化和智能化屬性特點。目前國內各項工作已經實現精細化發展,尤其是工業生產制造領域,簡單來說,不同領域都急需要高水平的遠程監測診斷系統,這樣才能滿足現代社會的發展需求,數據遠程采集、設備遠程控制功能的實現,極大地提升了監測診斷工作效率和工作質量,它的應用大大提高了企業生產速度和服務質量,增強了企業競爭力。另外,后續發展過程中還需要重視基于PLC以及物聯網技術的遠程監測診斷系統的創新開發工作,使其功能性提升、功耗降低,這樣才能使得不同領域的監測診斷需求得到有效滿足。