摘要：介绍了基于智能网关的砂处理设备远程运维系统的设计。本远程运维系统解决了砂处理设备远程运行监控，远程数据采集，远程报警管理，远程程序上传下载。
关键词：PLC；远程运维；砂处理
引言
随着互联网广泛深入应用，传统制造业随着智能制造不断升级换代。传统制造业将迎来万物互联的智能时代，工业物联网成为主攻方向。设备远程运行状态监测、远程能耗品质分析、远程资产管理、远程运维管理（远程程序上传下载，故障处理方法）、远程报警消息推送、移动端协同维护等功能将成为未来设备清单的重要组成部分，也是未来设备制造商新的竞争点[1]。
目前大多数基于PLC主控的设备的故障诊断、固件升级是由人工去完成，其中很多设备的故障只是因为操作人员操作失误或软件故障引起的，并且维修过程中，因为无法事先判断设备的故障点，导致售后人员不得不来回奔波多次，这大大提高了设备的售后维护成本，并极大地降低了设备商的服务效率和质量。
本系统根据经济性和短开发周期原则，选用成熟的智能网关产品和智能网关服务平台，完成了砂处理设备的远程监控，远程数据采集，远程报警管理，远程程序的上传和下载功能以及现场环境视频监控功能。减少了现场服务的时间。
1砂处理设备远程运维系统主要需求
目前砂处理设备的使用现场分布在全国各地，工程师维护任务量大，且出现问题都比较紧急需快速处理，对砂处理设备的性能和现场使用情况的监控及维护成为急需要解决的问题。
主要的需求包括如下三方面：
1.1 现场数据采集功能需求
1、能够对现场砂处理设备数据进行采集；
2、能够提供砂处理设备报警功能，管理显示历史的所有报警记录，包括报警内容、报警时间、处理时间和警报的等级等；
3、能够提供通过互联网方式发送现场数据到数据监控中心。
1.2 远程上传和下载程序功能需求
对于需要修改砂处理设备程序，以及需通过监控程序来查找故障原因的，不需要工程师到现场，在远程就能完成，提高处理故障的效率，降低设备运维成本。
1.3 数据监控中心功能需求
能够通过数据监控中心，提供预防性远程监控服务。包括：
1、能够通过网络连接到机房数据服务器，查看各设备现场运行情况；
2、能够提供预防性报警管理，及早预防远程设备故障发生，及时故障通知服务的功能；
3、能够提供完整设备运行数据记录，并且能够提供数据报表，以利于资料建档追踪；
4、能够提供客户端远程数据访问功能。通过客户端工具，通过网络监控远程设备运行状态，确保远程设备运行正常[2]。
图1 砂处理设备远程运维系统主体架构图
2砂处理设备远程运维系统主体架构
砂处理设备远程运维系统主要包括四大部分：数据监控管理中心、网络管理系统平台、网络传输部分、砂处理设备现场控制现场数据采集。砂处理设备远程运维系统主体架构如图1所示。
2.1砂处理设备现场控制现场数据采集
砂处理设备的现场控制和数据采集主要通过PLC来实现。砂处理设备现场车间环境以及设备监控通过网络摄像机来实现。
2.1.1 砂处理设备PLC选型
选用PLC的原则按照经济性、可扩展性、能够以太网通讯、RS485通讯，最终选用欧姆龙CP1H系列的-XA型PLC。I/O单元主要完成砂处理设备中的逻辑控制，完成电机启停，以及电磁阀的通断；AI/AO单元主要完成压力，流量的采集，以及开度调节，变频频率调节；温度模块完成热法再生炉内温度的采集。
该PLC的主要性能如下：
1、PLC 单元为24点输入，16点输出型单元。
2、仅通过CPU单元即可使用高速计数器和4轴脉冲输出功能。
3、CPU 单元内置4路模拟量电压 / 电流输入和 2 路模拟量电压 / 电流输出。
4、使用CP系列扩展I/O单元，CP1H的I/O点数最高可扩容至320。
5、使用CP系列扩展单元，可实现更多功能（如温度传感器输入）。
6、可扩展安装选件板，实现以太网、RS-232C和 RS-422A/485 通信。
由于PLC本身带的DI、DO、AI、AO数量不能满足系统的需求，需要选用扩展模块进行扩展。
DI/DO模块：CP1W-40EDR（24DI，16DO）两块；
AI/AO模块：CP1W-MAD44（4AI，4DAO）1块；
温度模块： CP1W-TS004（12路热电偶）1块；
Ethernet 选件板：CP1W-CIF4（为后期远程控制做准备）；
RS45通讯板：CP1W-CIF11（便于和温控仪表进行自由口通讯，需通过通讯PLC给温控仪表设定温度输出值和故障反馈）。
2.1.2 现场视频监控选型
选用海康威视萤石网络硬盘录像机CS-X5S-4P：支持POE供电，IPC无需交换机，无需铺设电源线，网线直接供电，简单方便。
摄像头选用：DS-2CD2T26F（D）WD-I3/I5/I8S
200万星光级1/2.7”CMOS ICR红外阵列筒型网络摄像机。
2.2网络传输部分
网络传输部分选用HINET 智能网关，该网关是一个集成多种互联网通讯技术，面向工业领域的设备通讯终端产品。其包含3G、4G、WIFI、有线网络等多种互联网接入方式，使得企业能够在最小的投资范围内快速建设规模化的工业设备通讯网络。
基本功能：
1、PLC数据远程采集，硬件解析各型号PLC协议并进行数据远传；
2、PLC远程编程维护、远程在线监控及远程组态；
3、构建VPN通道，实现触摸屏、摄像机、仪器仪表等以太网设备的远程监控；
4、设备及用户远程综合管理、操作历史记录。
主要特点：
1、支持多台设备同时接入，最多支持对 254 台设备进行远程操作；
2、可同时支持 10 路不同 PLC 的数据采集和协议解析；
3、支持以太网、WIFI、全网通 3G/4G 联网；
4、支持以太网及串口设备接入；
5、配置简单，无需固定 IP，无需动态域名，即插即用。
2.3网络管理系统平台
网络管理系统平台采用HINET网络管理系统平台，主要功能：
1、VPN接入：提供最基本的VPN客服端接入处理，VPN组网等相关功能；
2、网络分组：根据客服端接入是提交的网络组名，将不同的设备分配到相应的网络组内，只有在一个网络组内的设备或者客户端软件才能进行正常通讯。通讯此功能可以为接入同一台VPN服务器的各个企业，或者同一企业之间的各个部分之间进行权限控制，信息共享等功能；
3、数据加密：VPN服务器的所有通讯数据均采用RSA算法加密。
4、P2P组网：在VPN连接过程中，VPN服务器协调客户端之间进行P2P连接，建立一个大型的MESH网络结构，所有数据可以在客户端之间直接发送，无需经过服务器，增加了数据的安全性，同时减少了对服务器和宽带的要求；
5、Hicloud企业管理：企业管理是使用企业管理员用户登陆系统后的管理界面，对网关设备，企业用户，网络权限进行管理；
2.4数据监控管理中心
数据监控管理中心硬件选用一般商务用台式机，配备UPS电源（单机待机时间1小时）。监控界面软件选用力控组态软件。可以利用组态软件中的视频控件，实现远程视频监控环节的嵌入。在监控界面上查看热法再生炉相关温度，流量，压力工艺参数，通过观察工艺参数是否正常来判断设备是否正常。如出口砂温、冷却水温度过高，可能是水泵故障。监控中心主画面如图2所示。数据监控中心的主要功能[3]：
1、砂处理设备远程运行监控；
2、砂处理设备报警功能归档，管理显示历史的所有报警记录，包括报警内容、报警时间、处理时间和警报等；
3、能够现场视频监控。
图2 砂处理设备远程监控中心主画面
3结论
采用无线通讯技术和PLC相结合的系统模式来实现对砂处理设备远程数据采集与传输，其设计的主要特点如下：
1、此硬件搭建方案可以不需要搭建服务器，客户使用组态软件便可完成分散在各地的砂处理设备PLC远程监控；
2、解决了砂处理设备远程运行监控，远程数据采集，远程报警管理，远程程序上传下载；
3、本文提出的设计方案考虑了复杂的工业环境，可通过上传到监控中心备份实现对工业数据的多重保障；
4、降低了设备的售后维护成本，并极大地提高了设备商的服务效率和质量。
参考文献：
[1]孟勋.物联网技术综述 [J]．系统实践，2018，23：21-22．
[2]李晟栋.工业数据无线采集方案的设计与开发 [J]．系统实践，2017，2：51-53．
[3]刘 鹏.基于组态软件的升降横移式立体车库远程监控系统设计 [J]．计算机应用，2015，10：57-60．
论文作者:吴卓坪,孟令宽,卫新宇,方异锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
标签：设备论文; 数据论文; 现场论文; 网络论文; 功能论文; 通讯论文; 数据采集论文; 《基层建设》2019年第4期论文;