基于PLC的远程设备故障诊断方法研究

杨文刚

（山西交通职业技术学院，太原 030031）



基于PLC的远程设备故障诊断方法研究

杨文刚

（山西交通职业技术学院，太原 030031）

摘 要：随着计算机技术的不断升级和发展，设备制造企业对于PLC的远程设备故障诊断方法要求也越来越高。近年来，PLC发展极为迅速，也被广泛运用到各类产品中，是集远程监测、控制、诊断等通信技术为一体的通用工业控制装置。计算机网络技术的发展使基于PLC的远程设备故障诊断成为可能，并改变了传统设备监控、故障诊断方法，通过网络将各类数据传递给远程专家系统，实现了通过网络监控设备的运行状态、故障发生情况。本文将简单介绍基于PLC的远程设备故障诊断方法，长期为大型设备的远程故障诊断技术提供参考。

关键词：PLC 远程设备 故障诊断 方法研究

随着控制技术、计算机通讯技术和网络技术的飞速发展，基于PLC的远程设备故障诊断与维护系统必然成为行业发展的趋势。设备制造企业应不断加强技术突破，促进企业的转型升级，在产品设计初期结合现有的科学技术，将远程监控和故障诊断模块加入产品设计中，以保证产品的全面升级，同时保证企业能及时通过网络技术对设备进行远程数据监控和采集。采用远程故障诊断对制造商和设备使用企业来说，不仅能有效降低企业的维修成本，而且能有效提高企业的生产效率，能及时发现问题，并采取相关应对措施。

1 基于PLC的远程设备故障诊断系统的系统构成

基于PLC（可编程控制器）的远程设备故障诊断系统主要是通过网络技术进行数据传输和通信，利用设备现场传感器来采集设备运行的数据，利用数据采集系统将这些数据进行信号转换或信号处理，然后传至远方的控制部分，远程专家通过对这些数据信息进行分析处理，最后判断出机器设备的整体运行情况，并作出相应诊断，将这些远程诊断反馈给现场工作人员，从而完成整个远程设备故障诊断的工作。随着3G、4G网络技术的不断发展，实践中，将PLC作为远程现场设备终端信息参数的采集工具，有效实现将PLC远程通信模块作为数据额传输工具，及时实现数据的数字化、可视化处理，从而提高设备故障诊断和维护的效率。

当前，工业系统正朝着集成化、自动化、规模化、高效化的方向发展，其对远程设备故障诊断系统提出了更加精确的要求。所以，为了达到时代发展的要求，该系统必须具备以下特点。

首先，该系统必须安全可靠。当前，整个工业系统已发展成为一个非常复杂、庞大的有机组合体，它要求基于PLC的远程设备故障诊断系统必须具有高度的可靠性，否则，一旦系统出现问题，设备出现故障将会带来不可挽回的经济损失。

其次，充分实现智能化。监控和诊断系统必须能智能、及时地根据设备运行情况，发现异常和故障，并能及时反馈信息、分析相关数据，并采取进行有效的控制措施，保证设备的正常运行。

最后，具有实时性。当前的设备工作都具有连续性，所以监控与诊断的系统也应实时处理相应数据，将设备运行的状态同步反应传输到后台工作人员手中，从而避免通信传输的延迟性和不稳定性。

2 基于PLC的远程设备故障诊断方法研究

2.1 基于PLC的远程设备监控与诊断系统的工作原理

PLC的网络系统构架是由PLC的上、下位连接系统及PLC的SYSMAC网络连接系统组成的。PLC位于计算机和远程终端或链接单位之间，通过SYSMAC网络连接系统连接PLC，最终实现任意两个结点间的通信。

而基于PLC的远程设备监控与诊断系统是通过PLC的运算与逻辑判断功能实现的。先是保证监控设备所得的过程与状态的变量能与PLC存储的相关数据进行全面对比；接着是利用逻辑判断法比较分析二者，及时找出存在的差异。如果差异在允许的范围内，则可确定安全，如果超出允许的范围，那么系统将进入到警告阶段。所以，远程设备故障诊断功能主要包括检测、判断、数据传输三个环节。PLC在从事这一系列的工作时，对传感器的要求比较高，且是通过Modem接入网络的，因为涉及到源头的输入信息，所以设备的开发成本相对较高，但随着MEMS微器件的不断普及，相应的设备开发成本也得到有效控制。如图1，是基于Modem拨号的PC/PLC远程连接。

图1 基于Modem拨号的PCPLC远程连接示意图

PLC本身具有自我诊断的能力，所以基于PLC的远程设备诊断系统一般会因为输入输出和执行部分出现故障。因此，必须要充分利用PLC，在执行控制工作的同时进行故障诊断，比如，运用逻辑错误故障诊断检查法、潮湿故障检查诊断法等，做到根据设备的运行特点来建立诊断模型，选择合适的诊断方法。比如，某厂家利用西门子PLCS-200对上下料机进行故障诊断。2.2 基于PLC的远程设备故障诊断法的结构

遵循循序渐进的方法，保证诊断系统能及时收到远程PLC数据，并在收到数据后及时进行处理，同时将处理的结果与专家诊断数据库中的数据进行比对分析。如果处理结果的范围超出正常值，则必须先报警，再查询专家诊断数据库中相应的维修记录数据，并将这些数据提交给相关维修人员。在专家诊断数据库中若找不到相关维修记录时，必须通过软元件逻辑寻根法来查询该故障的解决方法。同时，维护人员可以运用虚拟样机辅助诊断，这样有利于故障诊断工作更直观方便，从而提高解决问题的效率。另外，如果数据没有超过正常范围，则可退出该路径。比如：远程故障诊断系统采用本地和远程相结合的方式。

如图2，显示的是远程故障诊断系统结构。

图2 远程故障诊断系统结构

2.3 专家诊断数据库

专家诊断数据库主要是记录以往成功的维修实例，可以说是成功案例的总结库，是维护工程师的集体智慧锦囊。通过记录并完善故障信息、原因、位置、维护方法间的数据关系，实现对远程数据的智能化分析、诊断和处理，保证能及时、高效地对远程故障进行诊断和维护，并为以后设备故障的诊断提供经验和理论依据。

2.4 基于PLC的远程设备故障诊断分析（见图3）

图3 PLC的远程设备故障诊断系统整体设计方案

故障诊断技术在不同的发展阶段，与不同的领域和科学技术相结合，会形成不同的故障诊断方法。传统故障诊断方法主要是基于人工智能来进行的，如基于信号处理的方法、基于解析模型的方法等。而基于PLC的远程设备故障诊断方法，主要依靠网络远程监控技术，实时进行数据共享，快速传递数据信息，具有交互性强的特点。

PLC对数字量信号的识别一般是通过PLC数字量输入模块实现的，比如：电气控制设备中的操作按钮等开关量信号，必须要与PLC数字量输入模块相连接才能实现故障信号的采集。而PLC对模拟量信号的识别则主要通过模拟量输入模块来完成。比如，电气控制设备的电压、电流等模拟的信号，必须与模拟量输入模块相连接，并经过相应的转化器（A/D）实现故障信号采集。此外，当前比较常用的PLC控制器主要有西门子的S7-200，因为S7-200可以通过用户自主设定通讯方式。

一般情况下，基于PLC的远程设备故障诊断主要分三步走：一是要能实时检测到设备状态的特征信号；二是对这些连续的设备状态特征信号进行分析，提取可能存在故障征兆的信息；三是对这些经过处理的可疑信息与其他诊断信息进行综合分析，最终选择合适的方法来检查设备，查看设备是否存在故障。所以，基于PLC的远程设备故障诊断系统在最初设计研发阶段，必须要具有知识库、诊断推理、知识库管理、解释和学习等模块。

3 结语

随着科技的不断发展，在当前工业控制中，PLC作为一种成熟稳定可靠的控制器，已经获得了越来越广泛的关注和发展。基于PLC的远程设备故障诊断方法研究直接影响着工业控制系统的安全可靠运行。一个完善的PLC远程设备故障诊断系统，除能保证日常的正常运转，保证当前工业控制的需要外，还要能及时、高效、智能地诊断出设备系统的故障，实时反馈设备运行信息，并提供相应的故障处理方法，实现故障自诊断。

参考文献

[1]李绪文.基于PLC控制的远程电气故障诊断研究[J].科技经济市场，2006，（4）：56-57.

[2]杨小东.PLC远程监控关键技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[3]宋莉.基于PLC的远程监控及故障诊断[D].济南：山东科技大学，2004.

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