楊文剛

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030031）

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基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法研究

楊文剛

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030031）

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷升級(jí)和發(fā)展，設(shè)備制造企業(yè)對(duì)于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法要求也越來(lái)越高。近年來(lái)，PLC發(fā)展極為迅速，也被廣泛運(yùn)用到各類(lèi)產(chǎn)品中，是集遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制、診斷等通信技術(shù)為一體的通用工業(yè)控制裝置。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷成為可能，并改變了傳統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、故障診斷方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將各類(lèi)數(shù)據(jù)傳遞給遠(yuǎn)程專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障發(fā)生情況。本文將簡(jiǎn)單介紹基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法，長(zhǎng)期為大型設(shè)備的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：PLC 遠(yuǎn)程設(shè)備 故障診斷 方法研究

隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷與維護(hù)系統(tǒng)必然成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。設(shè)備制造企業(yè)應(yīng)不斷加強(qiáng)技術(shù)突破，促進(jìn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期結(jié)合現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，將遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷模塊加入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，以保證產(chǎn)品的全面升級(jí)，同時(shí)保證企業(yè)能及時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集。采用遠(yuǎn)程故障診斷對(duì)制造商和設(shè)備使用企業(yè)來(lái)說(shuō)，不僅能有效降低企業(yè)的維修成本，而且能有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取相關(guān)應(yīng)對(duì)措施。

1 基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

基于PLC（可編程控制器）的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷系統(tǒng)主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信，利用設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)傳感器來(lái)采集設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換或信號(hào)處理，然后傳至遠(yuǎn)方的控制部分，遠(yuǎn)程專(zhuān)家通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，最后判斷出機(jī)器設(shè)備的整體運(yùn)行情況，并作出相應(yīng)診斷，將這些遠(yuǎn)程診斷反饋給現(xiàn)場(chǎng)工作人員，從而完成整個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷的工作。隨著3G、4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)踐中，將PLC作為遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備終端信息參數(shù)的采集工具，有效實(shí)現(xiàn)將PLC遠(yuǎn)程通信模塊作為數(shù)據(jù)額傳輸工具，及時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化、可視化處理，從而提高設(shè)備故障診斷和維護(hù)的效率。

當(dāng)前，工業(yè)系統(tǒng)正朝著集成化、自動(dòng)化、規(guī)?；?、高效化的方向發(fā)展，其對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷系統(tǒng)提出了更加精確的要求。所以，為了達(dá)到時(shí)代發(fā)展的要求，該系統(tǒng)必須具備以下特點(diǎn)。

首先，該系統(tǒng)必須安全可靠。當(dāng)前，整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)已發(fā)展成為一個(gè)非常復(fù)雜、龐大的有機(jī)組合體，它要求基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷系統(tǒng)必須具有高度的可靠性，否則，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)備出現(xiàn)故障將會(huì)帶來(lái)不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

其次，充分實(shí)現(xiàn)智能化。監(jiān)控和診斷系統(tǒng)必須能智能、及時(shí)地根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常和故障，并能及時(shí)反饋信息、分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并采取進(jìn)行有效的控制措施，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

最后，具有實(shí)時(shí)性。當(dāng)前的設(shè)備工作都具有連續(xù)性，所以監(jiān)控與診斷的系統(tǒng)也應(yīng)實(shí)時(shí)處理相應(yīng)數(shù)據(jù)，將設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)同步反應(yīng)傳輸?shù)胶笈_(tái)工作人員手中，從而避免通信傳輸?shù)难舆t性和不穩(wěn)定性。

2 基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法研究

2.1 基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控與診斷系統(tǒng)的工作原理

PLC的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)架是由PLC的上、下位連接系統(tǒng)及PLC的SYSMAC網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)組成的。PLC位于計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程終端或鏈接單位之間，通過(guò)SYSMAC網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)連接PLC，最終實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間的通信。

而基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控與診斷系統(tǒng)是通過(guò)PLC的運(yùn)算與邏輯判斷功能實(shí)現(xiàn)的。先是保證監(jiān)控設(shè)備所得的過(guò)程與狀態(tài)的變量能與PLC存儲(chǔ)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面對(duì)比；接著是利用邏輯判斷法比較分析二者，及時(shí)找出存在的差異。如果差異在允許的范圍內(nèi)，則可確定安全，如果超出允許的范圍，那么系統(tǒng)將進(jìn)入到警告階段。所以，遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷功能主要包括檢測(cè)、判斷、數(shù)據(jù)傳輸三個(gè)環(huán)節(jié)。PLC在從事這一系列的工作時(shí)，對(duì)傳感器的要求比較高，且是通過(guò)Modem接入網(wǎng)絡(luò)的，因?yàn)樯婕暗皆搭^的輸入信息，所以設(shè)備的開(kāi)發(fā)成本相對(duì)較高，但隨著MEMS微器件的不斷普及，相應(yīng)的設(shè)備開(kāi)發(fā)成本也得到有效控制。如圖1，是基于Modem撥號(hào)的PC/PLC遠(yuǎn)程連接。

圖1 基于Modem撥號(hào)的PCPLC遠(yuǎn)程連接示意圖

PLC本身具有自我診斷的能力，所以基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備診斷系統(tǒng)一般會(huì)因?yàn)檩斎胼敵龊蛨?zhí)行部分出現(xiàn)故障。因此，必須要充分利用PLC，在執(zhí)行控制工作的同時(shí)進(jìn)行故障診斷，比如，運(yùn)用邏輯錯(cuò)誤故障診斷檢查法、潮濕故障檢查診斷法等，做到根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)來(lái)建立診斷模型，選擇合適的診斷方法。比如，某廠(chǎng)家利用西門(mén)子PLCS-200對(duì)上下料機(jī)進(jìn)行故障診斷。2.2 基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷法的結(jié)構(gòu)

遵循循序漸進(jìn)的方法，保證診斷系統(tǒng)能及時(shí)收到遠(yuǎn)程PLC數(shù)據(jù)，并在收到數(shù)據(jù)后及時(shí)進(jìn)行處理，同時(shí)將處理的結(jié)果與專(zhuān)家診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。如果處理結(jié)果的范圍超出正常值，則必須先報(bào)警，再查詢(xún)專(zhuān)家診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的維修記錄數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)提交給相關(guān)維修人員。在專(zhuān)家診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中若找不到相關(guān)維修記錄時(shí)，必須通過(guò)軟元件邏輯尋根法來(lái)查詢(xún)?cè)摴收系慕鉀Q方法。同時(shí)，維護(hù)人員可以運(yùn)用虛擬樣機(jī)輔助診斷，這樣有利于故障診斷工作更直觀(guān)方便，從而提高解決問(wèn)題的效率。另外，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有超過(guò)正常范圍，則可退出該路徑。比如：遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)采用本地和遠(yuǎn)程相結(jié)合的方式。

如圖2，顯示的是遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖2 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 專(zhuān)家診斷數(shù)據(jù)庫(kù)

專(zhuān)家診斷數(shù)據(jù)庫(kù)主要是記錄以往成功的維修實(shí)例，可以說(shuō)是成功案例的總結(jié)庫(kù)，是維護(hù)工程師的集體智慧錦囊。通過(guò)記錄并完善故障信息、原因、位置、維護(hù)方法間的數(shù)據(jù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的智能化分析、診斷和處理，保證能及時(shí)、高效地對(duì)遠(yuǎn)程故障進(jìn)行診斷和維護(hù)，并為以后設(shè)備故障的診斷提供經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)。

2.4 基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷分析（見(jiàn)圖3）

圖3 PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

故障診斷技術(shù)在不同的發(fā)展階段，與不同的領(lǐng)域和科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，會(huì)形成不同的故障診斷方法。傳統(tǒng)故障診斷方法主要是基于人工智能來(lái)進(jìn)行的，如基于信號(hào)處理的方法、基于解析模型的方法等。而基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法，主要依靠網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，快速傳遞數(shù)據(jù)信息，具有交互性強(qiáng)的特點(diǎn)。

PLC對(duì)數(shù)字量信號(hào)的識(shí)別一般是通過(guò)PLC數(shù)字量輸入模塊實(shí)現(xiàn)的，比如：電氣控制設(shè)備中的操作按鈕等開(kāi)關(guān)量信號(hào)，必須要與PLC數(shù)字量輸入模塊相連接才能實(shí)現(xiàn)故障信號(hào)的采集。而PLC對(duì)模擬量信號(hào)的識(shí)別則主要通過(guò)模擬量輸入模塊來(lái)完成。比如，電氣控制設(shè)備的電壓、電流等模擬的信號(hào)，必須與模擬量輸入模塊相連接，并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)化器（A/D）實(shí)現(xiàn)故障信號(hào)采集。此外，當(dāng)前比較常用的PLC控制器主要有西門(mén)子的S7-200，因?yàn)镾7-200可以通過(guò)用戶(hù)自主設(shè)定通訊方式。

一般情況下，基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷主要分三步走：一是要能實(shí)時(shí)檢測(cè)到設(shè)備狀態(tài)的特征信號(hào)；二是對(duì)這些連續(xù)的設(shè)備狀態(tài)特征信號(hào)進(jìn)行分析，提取可能存在故障征兆的信息；三是對(duì)這些經(jīng)過(guò)處理的可疑信息與其他診斷信息進(jìn)行綜合分析，最終選擇合適的方法來(lái)檢查設(shè)備，查看設(shè)備是否存在故障。所以，基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷系統(tǒng)在最初設(shè)計(jì)研發(fā)階段，必須要具有知識(shí)庫(kù)、診斷推理、知識(shí)庫(kù)管理、解釋和學(xué)習(xí)等模塊。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，在當(dāng)前工業(yè)控制中，PLC作為一種成熟穩(wěn)定可靠的控制器，已經(jīng)獲得了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和發(fā)展。基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法研究直接影響著工業(yè)控制系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。一個(gè)完善的PLC遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，除能保證日常的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證當(dāng)前工業(yè)控制的需要外，還要能及時(shí)、高效、智能地診斷出設(shè)備系統(tǒng)的故障，實(shí)時(shí)反饋設(shè)備運(yùn)行信息，并提供相應(yīng)的故障處理方法，實(shí)現(xiàn)故障自診斷。

參考文獻(xiàn)

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Research on Remote Equipment Fault Diagnosis Method Based on PLC

YANG Wengang
(Department of Engineering Machinery, Shanxi T raffic Vocational And Technical College, Taiyuan 030031)

Abstract:with the continuous upgrading and development of computer technology, equipment manufacturing enterprises for PLC remote equipment fault diagnosis method is a lso getting higher and higher. In recent years, PLC development is very rapid, is als o widely us ed in various products, is a collection of rem ote monitoring, control, diagnosis and other communication technology as one of the general indus trial control device. T he development of computer network technology makes the remote equipment fault diagnosis based on PLC possible, changes the traditional equipment monitoring, fault diagnosis method, through the network to transmit all kinds of data to the remote expert system, through the network monitoring equipment running status, fault occurrence. This article will briefly introduce the remote equipment fault diagnosis method based on PLC, which can provide reference for the remote fault diagnosis technology of large equipment.

Key words:PLC, remote equipment, fault diagnosis, method research