PLC下遠程監(jiān)控及故障診斷的思考

張慕喬，玄子玉

（佳木斯大學 信息電子技術學院，黑龍江 佳木斯 154007）

0 引 言

PLC下遠程監(jiān)控及故障診斷機制是計算機網絡技術、電子技術與故障診斷技術相結合的產物。從遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結構和控制要求來看，PLC遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)已經基本實現(xiàn)了系統(tǒng)工作環(huán)境、感染源種類因素分析和電源、軟件抗干擾能力的優(yōu)化。以故障診斷方法為依托，對PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化，可以為設備診斷和檢測技術的發(fā)展提供一定的技術支持。

1 PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

PLC遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)建立在遠程網絡通信技術基礎上，可以借助遠程網絡通信系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據通信與傳輸[1]。系統(tǒng)占用所安裝的現(xiàn)場傳感器具有信息采集功能，與之相關的數(shù)據庫系統(tǒng)會將設備傳感器獲取的信息進行信號轉換，進而借助網絡通信技術將經過信號處理的信息傳送至遠端控制系統(tǒng)。此時，遠程工程師需要分析處理系統(tǒng)接收的信號，并要評估設備的運行狀態(tài)。這一過程中，PLC主要借助Modem與網絡系統(tǒng)相連，并借助PLC技術構建網絡與上位機之間的數(shù)據傳輸路線。根據遠程評估的結果，遠程工程師可以借助標準化的操作規(guī)范開展遠程診斷，并要將診斷結果傳遞給一線人員，進而有效解決故障。

從PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據傳輸方式來看，RS-232和RS-422是PLC與監(jiān)控微機距離較近情況下進行數(shù)據傳輸?shù)闹饕ぞ?。如果PLC與監(jiān)控微機超出一定范圍，相關人員需要借助數(shù)據通信布線方式進行數(shù)據傳輸。西門子S7-200控制器是部分單位使用的PLC控制器型號。這種設備可以由用戶自主設定通信方式，所擁有的自由口通訊功能可以讓它與多個通訊接口設備進行數(shù)據兼容互聯(lián)，進而有效提升控制系統(tǒng)的靈活性。

2 PLC下遠程監(jiān)控及故障診斷的特征

集成化、高效化和集約化是工業(yè)系統(tǒng)未來一段時期的主要發(fā)展方向。工業(yè)系統(tǒng)表現(xiàn)出來的高速化和高效化特征，對遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)的可靠性提出了較嚴格的要求。系統(tǒng)失效和設備故障問題的出現(xiàn)，往往會帶來嚴重的經濟損失。一些與民生項目有關的工業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)的系統(tǒng)故障問題，甚至會嚴重影響社會穩(wěn)定。從我國工業(yè)體系的發(fā)展現(xiàn)狀來看，可靠性、智能化和實時性是現(xiàn)階段PLC下遠程監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征?，F(xiàn)階段，我國工業(yè)系統(tǒng)具有一定的復雜性，遠程監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性可以為工業(yè)設備的穩(wěn)定運行提供保障。工業(yè)領域的設備集成與自動化趨勢，給遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)設備運行過程中出現(xiàn)的異常和故障情況的監(jiān)測能力提出了一定挑戰(zhàn)。工業(yè)設備工作的連續(xù)性是系統(tǒng)實時性的主要影響因素。在設備工作連續(xù)性因素的影響下，監(jiān)控系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)需要及時處理設備監(jiān)控過程中出現(xiàn)的過程與狀態(tài)參數(shù)。

3 PLC下遠程監(jiān)控體系的系統(tǒng)構成

一般而言，PLC下遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)主要由三部分組成：系統(tǒng)的數(shù)據采集端、系統(tǒng)的數(shù)據傳輸端和系統(tǒng)的管理中心端。一些機構使用的遠程監(jiān)控體系采用了GPRS技術、CDMA技術、TD-SCDMA技術和CDMMA200-EVDO技術等較為先進的無線通信技術。上述通信技術的應用，可以使系統(tǒng)在無需布線的情況下實現(xiàn)整個區(qū)域的無縫隙覆蓋，也可以將一些需要管理的現(xiàn)場設備納入這一系統(tǒng)。在系統(tǒng)的管理中心，人們可以對各個現(xiàn)場設備收集的機臺狀態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)控，并利用管理中心開展數(shù)據收集、分析和整理工作。也可以借助管理中心將執(zhí)行指令下發(fā)到各個現(xiàn)場設備，以便遠程診斷和保護多臺機型。系統(tǒng)中配備的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以使維護工程師通過登錄視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方式觀察現(xiàn)場的情況[2]。圖1為故障診斷系統(tǒng)。

圖1 故障診斷系統(tǒng)系統(tǒng)

3G無線路由器、無線網絡攝像機和監(jiān)控中心的VPN防火墻，也是遠程監(jiān)控體系中不可缺少的內容。現(xiàn)階段，InRouter700系列路由器，是電力、工業(yè)、交通運輸和金融證券領域常用的濾波系統(tǒng)。這一路由設備可以借助以太網技術和智能協(xié)議處理等功能，滿足工業(yè)的遠程監(jiān)控聯(lián)網需求。這一類產品中具有的VPN功能，可以強化無線路由系統(tǒng)的安全性，進而避免出現(xiàn)數(shù)據竊聽或數(shù)據篡改等問題。PICAM無線網絡攝像機的應用，可以借助M-JPEG硬件壓縮技術提升視頻圖像的清晰度，也可以有效提升視頻圖像在局域網或廣域網中的傳輸速度。與之相關的IPCAM視頻數(shù)據傳輸機制建立在TCP/IP協(xié)議基礎上，內部配置的Web服務器可以有效支持Internet Explore功能。因而，人們也可以借助網絡控制攝像機管理圖片。監(jiān)控中心的VPN防火墻離不開監(jiān)控中心構建的IPSec VPN系統(tǒng)。利用這一系統(tǒng)與現(xiàn)場自動化設備之間建立無線通訊聯(lián)系，是優(yōu)化系統(tǒng)安全防護能力的重要措施。

4 PLC下故障診斷方法

4.1 數(shù)字模型故障診斷方法

數(shù)字模型故障診斷方法建立在PLC下遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據采集技術基礎上，對系統(tǒng)的可測量運行信息和數(shù)學模型先驗知識故障信號進行對比檢測，是數(shù)字模型故障診斷方法的主要特點。在遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)的實際應用過程中，人們可以將數(shù)字模型故障診斷放大地看作是一種分離系統(tǒng)故障的診斷方法。實際應用階段，殘差產生階段和故障決策階段是數(shù)字模型故障診斷方法包含的兩大主要故障處理階段。殘差產生階段，遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)可以借助控制系統(tǒng)的輸入信號殘差和輸出信號殘差，對整個系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進行分析。如果輸入信號殘差值和輸出信號殘差值均為0，表明系統(tǒng)在實際運行過程中并沒有出現(xiàn)故障。在殘差被檢測出存在故障后，數(shù)字模型故障診斷方法會轉入故障決策階段。此時，人們可以借助閾值設定及統(tǒng)計決策模型中的一些特定概率比，確定故障的解決方案，并在此基礎上完成數(shù)據模型故障PLC遠程監(jiān)控診斷工作。

4.2 可測信號故障診斷方法

利用一些可以直接測定的輸入信號、輸出信號變化關系及變化趨勢對故障問題進行整體診斷，是可測信號故障診斷方法的主要內容。輸入、輸出信號的小波變化故障診斷和借助數(shù)學形式表達的故障診斷流程，是可測信號故障診斷的主要流程。PLC遠程系統(tǒng)在第一流程中可以以系統(tǒng)輸出的幅值、頻率和相位值等參數(shù)為依據，分析信號與故障源之間的關系?；跀?shù)學形式表達的故障診斷方法主要包含批分析法、概率密度法和功率譜分析法。利用上述方法計算輸入信號與輸出信號之間的波動差異性，是完成可測信號故障運行診斷的重要方式。

4.3 人工智能故障的診斷方法

PLC遠程監(jiān)控機故障診斷體系中使用的人工智能故障診斷方法主要由以下內容組成：一是故障樹診斷法；二是故障專家診斷法；三是模糊識別診斷法；四是模糊數(shù)學診斷法。故障診斷過程中使用的故障樹診斷法，與系統(tǒng)及設備內部特定時間的邏輯結構圖之間存在一定聯(lián)系。子系統(tǒng)部件故障之間的邏輯結構關系圖也是主層次故障樹分析法應用過程中不可忽視的因素[3]。故障專家診斷法是相關專家借助視覺、聽覺和觸覺獲得的客觀事實對系統(tǒng)故障進行分析的故障分析方式。模糊診斷識別法建立在離線分析法和在線診斷分析法的基礎上，可以借助上述兩種技術對系統(tǒng)故障表象特征向量值進行分析，其中向量函數(shù)識別機制在模糊識別診斷機制中發(fā)揮著至關重要的作用。模糊數(shù)學診斷方式是借助模糊集聚分析系統(tǒng)不同水平子集之間的關系的故障分析模式。不同水平子集之間關系的分析結果可以成為故障判定的成因向量。對此，人們仍然可以借助故障模糊合成法完成對故障的遠程診斷。

5 結 論

在現(xiàn)有的工業(yè)發(fā)展模式下，PLC遠程監(jiān)控機故障診斷方法需要擁有安全可靠性、系統(tǒng)智能化和實時性特征。這一故障診斷體系使系統(tǒng)在無需布線的情況下實現(xiàn)整個區(qū)域的無縫隙覆蓋，也可以將一些需要管理的現(xiàn)場設備納入這一系統(tǒng)。此外，在發(fā)揮網絡遠程監(jiān)控技術的數(shù)據共享功能的基礎上，人們需要不斷完善監(jiān)控系統(tǒng)的故障診斷信息交流的快速性和交互性。

參考文獻：

[1] 梁永華.PLC遠程監(jiān)控和故障診斷方法分析[J].山東工業(yè)技術，2017，（11）：223.

[2] 李正訓.淺談PLC遠程監(jiān)控、故障診斷分析系統(tǒng)[J].中國高新技術企業(yè)，2015，（1）：85-87.

[3] 韓麗婷.基于PLC的遠程監(jiān)控和故障診斷[J].科技風，2013，（17）：103.