基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)系統(tǒng)在水處理設(shè)備中的應(yīng)用

周鵬　馬駿

摘要：水處理及垃圾處理的現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)異常故障時(shí)需要維護(hù)工程師到現(xiàn)場進(jìn)行故障診斷，設(shè)備制造企業(yè)往往很難及時(shí)響應(yīng)用戶要求排除故障?；贗nternet完成設(shè)備的遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)系統(tǒng)能夠很好地解決這一問題。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程診斷，internet，遠(yuǎn)程會(huì)診，VPN

一、解決方案的制訂

1.現(xiàn)場電氣系統(tǒng)改造

水處理現(xiàn)場電氣系統(tǒng)部分主要由PLC、HMI等核心設(shè)備組成，在原有系統(tǒng)配置基礎(chǔ)上增加以太網(wǎng)通信模塊，3G工業(yè)級(jí)智能網(wǎng)關(guān)及3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)卡等，將PLC站點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)。

2.建立遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心

組建遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心，采用ADSL等有線網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)。一般2Mbit/s帶寬即可以滿足中心需求（具體要根據(jù)現(xiàn)場情況判定，如果需要上傳視頻數(shù)據(jù)則需要更高的帶寬）。中心需具備固定的專網(wǎng)IP地址。

3.承載網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場各個(gè)PLC站點(diǎn)通過3G無線網(wǎng)絡(luò)連接，快速接入互聯(lián)網(wǎng)。

遠(yuǎn)程維護(hù)中心與現(xiàn)場通過VPN技術(shù)建立數(shù)據(jù)傳輸隧道，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

二、改造方案的實(shí)施

1.技術(shù)方案

在原有的西門子S7-200 PLC控制系統(tǒng)配置基礎(chǔ)上，增加以太網(wǎng)通信模塊6GK7 243-1EX00-0XE0，支持VPN功能的映翰通公司3G工業(yè)級(jí)智能網(wǎng)關(guān)IR714WH01和研華交換機(jī)EK1-2528，并在IR714WH01智能網(wǎng)關(guān)中插入3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)卡。

由于現(xiàn)場各臺(tái)設(shè)備的站點(diǎn)位置非常分散，所以每臺(tái)設(shè)備配備一套控制器，現(xiàn)場的PLC通過以太網(wǎng)方式與研華交換機(jī)及映翰通無線路由器相連組成局域網(wǎng)，局域網(wǎng)內(nèi)的IP地址信息可以根據(jù)實(shí)際情況規(guī)劃，其中PLC實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集工作，映翰通智能網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心建立數(shù)據(jù)連接隧道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交互。

現(xiàn)場映翰通智能網(wǎng)關(guān)通過插入的3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)卡撥號(hào)接入互聯(lián)網(wǎng)，通過和遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心VPN路由器設(shè)備建立VPN數(shù)據(jù)傳輸隧道，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心通信，交互數(shù)據(jù)，并接收遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)中心下發(fā)的控制指令。

2.遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心

遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心采用思科公司生產(chǎn)的VPN接入路由器CISCO2911-SEC/K9和防火墻ASA5505-K8，安裝有固定IP地址的有線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)接入。數(shù)據(jù)運(yùn)行服務(wù)器采用DELLT1650工作站，服務(wù)器安裝映翰通中心管理軟件Device Manager 和 Device Touch以及現(xiàn)場所需各品牌及系列的PLC編程軟件，以太網(wǎng)方式連接，組成局域網(wǎng)。

遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心通過VPN接入路由器設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)。維護(hù)中心運(yùn)行相關(guān)編程軟件。遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心通過VPN隧道與現(xiàn)場無線路由器建立通信連接，從而實(shí)現(xiàn)維護(hù)中心與現(xiàn)場設(shè)備站點(diǎn)相互通信，并且可以實(shí)時(shí)調(diào)看現(xiàn)場數(shù)據(jù)等。還可以通過遠(yuǎn)程方式對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、設(shè)定和程序上傳、下載等功能，維護(hù)中心服務(wù)器通過收到的現(xiàn)場各個(gè)設(shè)備站點(diǎn)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)了解到各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況，便于管理人員及時(shí)快速了解各個(gè)設(shè)備站點(diǎn)的運(yùn)行情況，制訂維修計(jì)劃，提高了管理工作和數(shù)據(jù)采集工作的效率。

3.應(yīng)用效果

遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心方案實(shí)施后，通過遠(yuǎn)程方式能監(jiān)控現(xiàn)場水處理設(shè)備的異常運(yùn)行狀態(tài)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，了解掌握設(shè)備當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)情況，能及時(shí)判斷故障及提前制訂維修計(jì)劃，在必要時(shí)能夠通過遠(yuǎn)程的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行變量參數(shù)修改及邏輯程序更新等，及時(shí)恢復(fù)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行。以前維修工程師需要到現(xiàn)場才能夠針對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和診斷，現(xiàn)在身處異地的維護(hù)工程師可以隨時(shí)隨地接入Internet，通過登錄VPN方式連接遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心，就能夠?qū)ΜF(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行相關(guān)操作，為用戶提供技術(shù)支持。

三、改造后系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1.監(jiān)控現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)無人值守。3G無線工業(yè)路由器24h在線，保證了遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。

2.3G工業(yè)無線路由器具備鏈路自愈特性，保證了設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3.監(jiān)控現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)接入無需運(yùn)營商布線，3G無線工業(yè)路由器通過遍布全球的2.5G/3G網(wǎng)絡(luò)快速接入網(wǎng)絡(luò)，具備快速組網(wǎng)，靈活組網(wǎng)且便于維護(hù)等特性。

4.3G無線工業(yè)路由器無需另購開關(guān)電源，可通過PLC電源直接供電，尺寸小便于現(xiàn)場安裝工作。

5.3G無線工業(yè)路由器集成多層次安全功能，保證設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心的數(shù)據(jù)傳輸安全性。

6.提高資源的利用率。維護(hù)中心維護(hù)人員可通過遠(yuǎn)程方式及時(shí)了解到各個(gè)工業(yè)設(shè)備站點(diǎn)的運(yùn)行情況以及數(shù)據(jù)情況等信息，從而及時(shí)處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

7.靈活性和可擴(kuò)展性。具備充分的接入能力和可擴(kuò)展性，包括多種接入方式的提供和接入的可擴(kuò)展性，帶寬的擴(kuò)展與速率的平滑升級(jí)以及處理能力的可擴(kuò)展性，最大程度地減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)備的調(diào)整。

8.可管理性?？紤]到現(xiàn)場設(shè)備分布比較分散，維護(hù)困難程度比較大，方案采用集中管理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并通過遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控維護(hù)中心對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置。

9.兼容性和經(jīng)濟(jì)性。能夠最大限度地保證網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有各種計(jì)算機(jī)軟、硬件資源的可用性和連續(xù)性。

10.經(jīng)濟(jì)性。在充分利用現(xiàn)有資源的情況下，最大限度地降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體投資。

四、效益分析

1.減少用戶設(shè)備的停機(jī)和故障，為用戶帶來更多的受益和更少的費(fèi)用支出。

2.更快地響應(yīng)速度，更準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)，提高了用戶的滿意度。

3.為更多的用戶提供專家級(jí)的服務(wù)和咨詢，提高了服務(wù)技術(shù)水平。

4.提高維護(hù)工程師的工作效率，減少現(xiàn)場維護(hù)，降低售后服務(wù)成本。

5.實(shí)現(xiàn)“預(yù)防式服務(wù)”， 預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，降低用戶損失：主動(dòng)提供設(shè)備巡檢，發(fā)現(xiàn)設(shè)備邊界狀態(tài)，有計(jì)劃地安排設(shè)備的停機(jī)維修，維護(hù)先于故障的發(fā)生。

五、結(jié)束語

基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)系統(tǒng)在水處理設(shè)備的應(yīng)用中，由專人對(duì)用戶的系統(tǒng)進(jìn)行24h監(jiān)控，對(duì)采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以做到預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，提出適當(dāng)?shù)木S護(hù)計(jì)劃，并對(duì)用戶的設(shè)備管理提出合理化建議，在降低維護(hù)成本的同時(shí)，提高了工作效率，帶來了極大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。