張慕喬，玄子玉

（佳木斯大學(xué) 信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007）

0 引 言

PLC下遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷機(jī)制是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)與故障診斷技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制要求來看，PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)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(duì)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，可以為設(shè)備診斷和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供一定的技術(shù)支持。

1 PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)建立在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)上，可以借助遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與傳輸[1]。系統(tǒng)占用所安裝的現(xiàn)場(chǎng)傳感器具有信息采集功能，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)會(huì)將設(shè)備傳感器獲取的信息進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而借助網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將經(jīng)過信號(hào)處理的信息傳送至遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)。此時(shí)，遠(yuǎn)程工程師需要分析處理系統(tǒng)接收的信號(hào)，并要評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這一過程中，PLC主要借助Modem與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連，并借助PLC技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸路線。根據(jù)遠(yuǎn)程評(píng)估的結(jié)果，遠(yuǎn)程工程師可以借助標(biāo)準(zhǔn)化的操作規(guī)范開展遠(yuǎn)程診斷，并要將診斷結(jié)果傳遞給一線人員，進(jìn)而有效解決故障。

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

2 PLC下遠(yuǎn)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(shí)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(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)的可靠性提出了較嚴(yán)格的要求。系統(tǒng)失效和設(shè)備故障問題的出現(xiàn)，往往會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。一些與民生項(xiàng)目有關(guān)的工業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)的系統(tǒng)故障問題，甚至?xí)?yán)重影響社會(huì)穩(wěn)定。從我國(guó)工業(yè)體系的發(fā)展現(xiàn)狀來看，可靠性、智能化和實(shí)時(shí)性是現(xiàn)階段PLC下遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征?，F(xiàn)階段，我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性可以為工業(yè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備集成與自動(dòng)化趨勢(shì)，給遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常和故障情況的監(jiān)測(cè)能力提出了一定挑戰(zhàn)。工業(yè)設(shè)備工作的連續(xù)性是系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的主要影響因素。在設(shè)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(shí)處理設(shè)備監(jiān)控過程中出現(xiàn)的過程與狀態(tài)參數(shù)。

3 PLC下遠(yuǎn)程監(jiān)控體系的系統(tǒng)構(gòu)成

一般而言，PLC下遠(yuǎn)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(jù)采集端、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸端和系統(tǒng)的管理中心端。一些機(jī)構(gòu)使用的遠(yuǎn)程監(jiān)控體系采用了GPRS技術(shù)、CDMA技術(shù)、TD-SCDMA技術(shù)和CDMMA200-EVDO技術(shù)等較為先進(jìn)的無線通信技術(shù)。上述通信技術(shù)的應(yīng)用，可以使系統(tǒng)在無需布線的情況下實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的無縫隙覆蓋，也可以將一些需要管理的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備納入這一系統(tǒng)。在系統(tǒng)的管理中心，人們可以對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備收集的機(jī)臺(tái)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并利用管理中心開展數(shù)據(jù)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以便遠(yuǎn)程診斷和保護(hù)多臺(tái)機(jī)型。系統(tǒng)中配備的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以使維護(hù)工程師通過登錄視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方式觀察現(xiàn)場(chǎng)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(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和監(jiān)控中心的VPN防火墻，也是遠(yuǎn)程監(jiān)控體系中不可缺少的內(nèi)容?，F(xiàn)階段，InRouter700系列路由器，是電力、工業(yè)、交通運(yùn)輸和金融證券領(lǐng)域常用的濾波系統(tǒng)。這一路由設(shè)備可以借助以太網(wǎng)技術(shù)和智能協(xié)議處理等功能，滿足工業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)需求。這一類產(chǎn)品中具有的VPN功能，可以強(qiáng)化無線路由系統(tǒng)的安全性，進(jìn)而避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)竊聽或數(shù)據(jù)篡改等問題。PICAM無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用，可以借助M-JPEG硬件壓縮技術(shù)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(wǎng)或廣域網(wǎng)中的傳輸速度。與之相關(guān)的IPCAM視頻數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制建立在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上，內(nèi)部配置的Web服務(wù)器可以有效支持Internet Explore功能。因而，人們也可以借助網(wǎng)絡(luò)控制攝像機(jī)管理圖片。監(jiān)控中心的VPN防火墻離不開監(jiān)控中心構(gòu)建的IPSec VPN系統(tǒng)。利用這一系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間建立無線通訊聯(lián)系，是優(yōu)化系統(tǒng)安全防護(hù)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(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的可測(cè)量運(yùn)行信息和數(shù)學(xué)模型先驗(yàn)知識(shí)故障信號(hào)進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，是數(shù)字模型故障診斷方法的主要特點(diǎn)。在遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)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(shí)際應(yīng)用階段，殘差產(chǎn)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(chǎn)生階段，遠(yuǎn)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(hào)殘差和輸出信號(hào)殘差，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析。如果輸入信號(hào)殘差值和輸出信號(hào)殘差值均為0，表明系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中并沒有出現(xiàn)故障。在殘差被檢測(cè)出存在故障后，數(shù)字模型故障診斷方法會(huì)轉(zhuǎn)入故障決策階段。此時(shí)，人們可以借助閾值設(shè)定及統(tǒng)計(jì)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(chǔ)上完成數(shù)據(jù)模型故障PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷工作。

4.2 可測(cè)信號(hào)故障診斷方法

利用一些可以直接測(cè)定的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)變化關(guān)系及變化趨勢(shì)對(duì)故障問題進(jìn)行整體診斷，是可測(cè)信號(hào)故障診斷方法的主要內(nèi)容。輸入、輸出信號(hào)的小波變化故障診斷和借助數(shù)學(xué)形式表達(dá)的故障診斷流程，是可測(cè)信號(hào)故障診斷的主要流程。PLC遠(yuǎn)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(jù)，分析信號(hào)與故障源之間的關(guān)系。基于數(shù)學(xué)形式表達(dá)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(jì)算輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的波動(dòng)差異性，是完成可測(cè)信號(hào)故障運(yùn)行診斷的重要方式。

4.3 人工智能故障的診斷方法

PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)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(nèi)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(shí)別診斷法；四是模糊數(shù)學(xué)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(shè)備內(nèi)部特定時(shí)間的邏輯結(jié)構(gòu)圖之間存在一定聯(lián)系。子系統(tǒng)部件故障之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系圖也是主層次故障樹分析法應(yīng)用過程中不可忽視的因素[3]。故障專家診斷法是相關(guān)專家借助視覺、聽覺和觸覺獲得的客觀事實(shí)對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析的故障分析方式。模糊診斷識(shí)別法建立在離線分析法和在線診斷分析法的基礎(chǔ)上，可以借助上述兩種技術(shù)對(duì)系統(tǒng)故障表象特征向量值進(jìn)行分析，其中向量函數(shù)識(shí)別機(jī)制在模糊識(shí)別診斷機(jī)制中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。模糊數(shù)學(xué)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(guān)系的故障分析模式。不同水平子集之間關(guān)系的分析結(jié)果可以成為故障判定的成因向量。對(duì)此，人們?nèi)匀豢梢越柚收夏：铣煞ㄍ瓿蓪?duì)故障的遠(yuǎn)程診斷。

5 結(jié) 論

在現(xiàn)有的工業(yè)發(fā)展模式下，PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)故障診斷方法需要擁有安全可靠性、系統(tǒng)智能化和實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的無縫隙覆蓋，也可以將一些需要管理的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備納入這一系統(tǒng)。此外，在發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的數(shù)據(jù)共享功能的基礎(chǔ)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。

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