張　濤，黃善杰（中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái) 光電實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650011）

基于FactoryTalk View的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用研究*

張濤，黃善杰
（中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái) 光電實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650011）

介紹了以羅克韋爾的DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的條件下，利用FactoryTalk View套件部署相應(yīng)類型監(jiān)控、管理系統(tǒng)，并介紹了整個(gè)部署的流程。同時(shí)給出了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷的解決方案。

部署；總線；診斷；遠(yuǎn)程

0　引言

DeviceNet是羅克韋爾公司推出的第五代現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一，第五代現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)具有開放性、分散性、擴(kuò)展性等諸多優(yōu)點(diǎn)［1］，受到了眾多設(shè)備廠商的青睞。對(duì)于應(yīng)用企業(yè)而言，分散性最直接的好處就是風(fēng)險(xiǎn)分散，不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)備的損毀導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的損壞。擴(kuò)展性意味著給企業(yè)設(shè)備的日后升級(jí)帶來了極大的便利。通信標(biāo)準(zhǔn)的開放性意味著有眾多終端設(shè)備可供選擇，設(shè)備價(jià)格也必然實(shí)惠。

企業(yè)在享受諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也面臨一個(gè)重要的問題，就是整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是由眾多分散的終端構(gòu)成的，即便一個(gè)很小的系統(tǒng)也是由幾十個(gè)甚至幾百個(gè)終端構(gòu)成的。如何有效地管理、監(jiān)控這些終端，以及故障發(fā)生時(shí)如何快速地鎖定故障源，將是企業(yè)必須解決的一個(gè)問題。羅克韋爾的FactoryTalk View Studio開發(fā)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(tǒng)、維護(hù)系統(tǒng)。下面介紹FactoryTalk View的系統(tǒng)架構(gòu)，以及如何部署該管理系統(tǒng)。如圖1所示，F(xiàn)actoryTalk View管理系統(tǒng)可分為網(wǎng)絡(luò)版、單機(jī)版、機(jī)器版。

圖1　部署類型

下面分別介紹網(wǎng)絡(luò)版、本地版的特點(diǎn)，以及分別適合部署什么類型的系統(tǒng)。

1　網(wǎng)絡(luò)版

該版本適合N+N的結(jié)構(gòu)，第一個(gè)N指的是N個(gè)人機(jī)接口服務(wù)器（HMI Sever），其主要功能是作為圖形服務(wù)。第二個(gè)N指的是數(shù)據(jù)服務(wù)器，通常用于與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(wǎng)絡(luò)版較為適合分散式的系統(tǒng)部署，一般用于大型工礦企業(yè)。為了更好地說明問題，這里給出一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：一個(gè)汽車廠可以劃分為幾個(gè)區(qū)域，沖壓裝配區(qū)域、主體車間區(qū)域、噴涂車間區(qū)域、發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域、傳輸區(qū)域。在這種情況之下較為適合采用網(wǎng)絡(luò)部署的方式，它可以讓整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，工作效率最高。

應(yīng)用FactoryTalk View部署網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)，一般需要?jiǎng)?chuàng)建域、HMI服務(wù)器創(chuàng)建、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)程通信幾個(gè)步驟。

1.1創(chuàng)建域

讓每個(gè)域?qū)?yīng)一個(gè)工廠區(qū)域，這樣每個(gè)域就可以管理一個(gè)固定的過程控制區(qū)，下面以一個(gè)汽車裝配廠為例來創(chuàng)建區(qū)域分布。創(chuàng)建A area對(duì)應(yīng)沖壓裝配區(qū)、B area對(duì)應(yīng)主體車間區(qū)、C area對(duì)應(yīng)噴涂車間區(qū)等，如圖2所示。

圖2　域分布

1.2HMI服務(wù)器創(chuàng)建

在每個(gè)域中可以創(chuàng)建一個(gè)HMI服務(wù)器以及多個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器，HMI服務(wù)器的創(chuàng)建如圖3所示。

圖3　HMI服務(wù)器創(chuàng)建

HMI服務(wù)器提供圖形服務(wù)，圖形開發(fā)工作也主要集中在HMI服務(wù)器上，該服務(wù)器提供以下幾個(gè)主要功能。

1.2.1標(biāo)簽管理

標(biāo)簽是所有開發(fā)的基礎(chǔ)，HMI從 Data Sever獲得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以后以標(biāo)簽的形式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與標(biāo)簽的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，圖形的相應(yīng)動(dòng)作也是根據(jù)標(biāo)簽值來實(shí)現(xiàn)的。標(biāo)簽的創(chuàng)建如圖4所示。

在圖4中創(chuàng)建了標(biāo)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(duì)應(yīng)，Light與圖形畫面相關(guān)聯(lián)，畫面中的小燈的顏色將由Light反映，當(dāng) Light=1時(shí)小燈為紅，當(dāng) Light=0時(shí)小燈變綠。Light與A1：0/1是相對(duì)應(yīng)的，這樣操作員只需要在值班室就可以完全知道全廠設(shè)備的工作狀態(tài)。當(dāng)錯(cuò)誤狀態(tài)發(fā)生時(shí)，值班室的聲光報(bào)警系統(tǒng)將啟動(dòng)，操作員可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障源以及發(fā)生的位置，使其在故障處理時(shí)成為依據(jù)。

圖4　標(biāo)簽創(chuàng)建

1.2.2圖形編輯

圖形編輯界面是實(shí)現(xiàn)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(qū)域進(jìn)行繪制。一般圖形界面所繪制的圖形是廠區(qū)布局、狀態(tài)的直接反映，完全可以在電腦上繪制一個(gè)虛擬工廠，這個(gè)工廠就是現(xiàn)實(shí)工廠的實(shí)時(shí)反映。

圖5就是某工廠車間的虛擬界面，這個(gè)界面完全對(duì)應(yīng)真實(shí)的生產(chǎn)狀態(tài)。通過這樣的方式，一個(gè)操作員、一臺(tái)電腦就可以管理這個(gè)廠區(qū)，以這種方式工作必將大大節(jié)省人力物力。

圖5　虛擬工廠

1.2.3標(biāo)簽報(bào)警

標(biāo)簽報(bào)警是標(biāo)簽數(shù)據(jù)異常的反映，當(dāng)標(biāo)簽值超過了指定閾值時(shí)報(bào)警將發(fā)生，并將異常值寫入故障數(shù)據(jù)庫，趨勢(shì)圖將根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)繪制故障趨勢(shì)，通過趨勢(shì)圖生產(chǎn)管理者就可以得出一些結(jié)論，例如：通過溫度趨勢(shì)圖，管理者就可以發(fā)現(xiàn)什么溫度容易導(dǎo)致設(shè)備故障，或者生產(chǎn)效能低下，這樣便可以指導(dǎo)將來的設(shè)備改造。圖6是標(biāo)簽報(bào)警設(shè)置界面。

圖6　標(biāo)簽報(bào)警設(shè)置

1.2.4衍生標(biāo)簽

有時(shí)狀態(tài)信息并不是某一標(biāo)簽的直接反映，而是多個(gè)標(biāo)簽的某種邏輯關(guān)系，這樣衍生標(biāo)簽將是一種有效的處理方法。通過衍生標(biāo)簽就可以邏輯編程的方式實(shí)現(xiàn)所需的邏輯關(guān)系。圖7為衍生標(biāo)簽界面。

圖7　衍生標(biāo)簽

1.3數(shù)據(jù)服務(wù)器

上面介紹了一些HMI服務(wù)器的有關(guān)內(nèi)容，其大部分內(nèi)容都與標(biāo)簽有關(guān)。但是如何從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)呢？數(shù)據(jù)服務(wù)器是數(shù)據(jù)源的提供者，本文介紹的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用的是 DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)PLC通過掃描模塊不斷掃描現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息，然后數(shù)據(jù)庫通過OPC服務(wù)器或者 Rslinx Enterprise服務(wù)器獲取PLC提供的數(shù)據(jù)，最終形成了圖8所示的結(jié)構(gòu)。

圖8　數(shù)據(jù)服務(wù)器通信模型

圖8中OPC服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器采用的是OPC的通信方式。下面簡(jiǎn)要介紹OPC。OPC是用于過程控制的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它是包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。它的出現(xiàn)為基于 Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過程控制應(yīng)用建立了橋梁［2］。在過去，為了存取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個(gè)應(yīng)用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類繁多，且產(chǎn)品不斷升級(jí)，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實(shí)際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。因此，OPC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

建立 OPC的通信需要兩個(gè)步驟，首先在 FactoryTalk View中需要選擇OPC通信協(xié)議，如圖9所示；其次建立OPC Server服務(wù)器。OPC Server通過羅克韋爾Rslinx建立，Rslinx是羅克韋爾開發(fā)的設(shè)備網(wǎng)關(guān)，通過它可以與羅克韋爾的硬件產(chǎn)品進(jìn)行通信，其如何與硬件通信并不需要關(guān)心，Rslinx中已經(jīng)完成了這個(gè)過程，只需要通過相關(guān)的組態(tài)軟件，便可完成硬件系統(tǒng)的組態(tài)工作。

圖9　OPC數(shù)據(jù)通信

圖10是 OPC服務(wù)器的創(chuàng)建界面，OPC服務(wù)器創(chuàng)建以后就可以在 FactorYtalk中看到新建的服務(wù)器，選擇它就可實(shí)現(xiàn)OPC通信。

圖10　Rslinx OPC服務(wù)器

1.4遠(yuǎn)程通信

遠(yuǎn)程通信的方案很多，本文介紹一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的通信方案。傳統(tǒng)的通信方案需要租賃固定的IP，這樣必將增加維護(hù)成本。利用虛擬網(wǎng)絡(luò)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(xié)議，可以很好地保證通信的安全性［3］。VPN網(wǎng)絡(luò)的組建也不復(fù)雜，只需要購(gòu)買兩個(gè)VPN路由，在路由器的管理界面選用一種適合自己的VPN協(xié)議便可。具體的操作過程需要參看VPN路由的手冊(cè)。網(wǎng)絡(luò)組建以后便可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兩端的設(shè)備成為同一局域網(wǎng)，最終可以利用FactoryTalk軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署。這樣北京總部即可實(shí)時(shí)監(jiān)控廣州工廠設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，北京的技術(shù)部也可以高效快捷地處理廣州工廠中的設(shè)備故障。

至此，已經(jīng)介紹了整個(gè)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的部署流程。通過這個(gè)系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理，利用VPN網(wǎng)絡(luò)工程師可以在世界上的任何一個(gè)地方接入系統(tǒng)，隨時(shí)為廠區(qū)設(shè)備提供技術(shù)支持。這種技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)卻剛剛起步，如果這種技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，勢(shì)必對(duì)國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)帶來深遠(yuǎn)的意義。

2　本地版

本地版和網(wǎng)絡(luò)版的區(qū)別不是太大，唯一的區(qū)別是，本地版不能建立域的概念，準(zhǔn)確地說是只能建立一個(gè)域，只能實(shí)現(xiàn)1+N的結(jié)構(gòu)——一個(gè)HMI服務(wù)器，N個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器。這種架構(gòu)適合規(guī)模不是太大，也沒有太多的區(qū)域劃分的工廠，只通過一個(gè)域來進(jìn)行統(tǒng)一管理。其他部分，本地版部署的技術(shù)細(xì)節(jié)與網(wǎng)絡(luò)版一致［4］。下面簡(jiǎn)單介紹一下云南天文臺(tái)一米紅外太陽塔的系統(tǒng)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(tǒng)的HMI和Data服務(wù)器是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的SLC500處理器，通過現(xiàn)場(chǎng)總線掃描每個(gè)子站以及子站下面掛設(shè)的終端信息，最終通過OPC提交給 Data Sever，HMI Sever再?gòu)?Data Sever獲取數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)字化圖形顯示。最后客戶端再在局域網(wǎng)內(nèi)與HMI Sever交互，最終操作員、工程師可以獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息，如再增加VPN通信，便可順利地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信、診斷、監(jiān)控。

圖11　云南天文臺(tái)系統(tǒng)部署

3　結(jié)論

本文旨在通過研究給工礦企業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一些有用的建議，同時(shí)也為推動(dòng)我國(guó)的電氣自動(dòng)發(fā)展貢獻(xiàn)一些微薄的力量。

［1］錢曉龍，李曉理.SLC500控制系統(tǒng)與 PanelView訓(xùn)練課程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］錢曉龍.NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］王春海.VPN網(wǎng)絡(luò)組建案例實(shí)錄［M］.北京：科學(xué)出版社，2011.

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

圖3　無線油井檢測(cè)模塊軟件流程圖

4　結(jié)論

經(jīng)實(shí)踐證明，使用基于STM32和GPRS無線油井監(jiān)控器達(dá)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(jiān)控器模塊對(duì)油機(jī)供電網(wǎng)絡(luò)掉電或異常檢測(cè)并發(fā)送報(bào)警，避免了不必要的故障查找。監(jiān)控器模塊可輸入指定的區(qū)別名稱，當(dāng)發(fā)送故障時(shí)，可直接定位到具體的線路。監(jiān)控器模塊帶有獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，也可脫離監(jiān)控中心獨(dú)立執(zhí)行命令。當(dāng)監(jiān)控中心發(fā)生停電或者其他系統(tǒng)故障以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)故障時(shí)，監(jiān)控器模塊可獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)，例如直接給管理員發(fā)送手機(jī)短信提示故障。也可在現(xiàn)有系統(tǒng)上直接升級(jí)為控制系統(tǒng)，避免重復(fù)投資。

參考文獻(xiàn)

［1］胡長(zhǎng)暉，葉夢(mèng)君.基于 GPRS和廣域 IP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.信息技術(shù)，2011（2）：93-95.

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

［3］意法半導(dǎo)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(jiǎn)介：

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

丁麗娜（1982-），女，博士，工程師，主要研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式技術(shù)。

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(xué)技術(shù)。

黃善杰（1984-），男，碩士，工程師，主要研究方向：熱控技術(shù)。

青年國(guó)家基金項(xiàng)目（ 11103076 ）