CN114995349A - 一种基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,包括安装植入有WINCC和KEPWARE的现场工程师站;交换机,所述交换机为主交换机或核心交换机;所述交换机通过TCP/IP下的SNMP协议与数据采集网关机通信;转换卡,所述转换卡输入端接入到自动化控制系统的UPS不间断电源的232接口,所述转换卡输出端将232接口转换为网口形式后接入到交换机;本发明适用于对PLC或DCS控制系统进行远程诊断和智能维护,可远程异地通过手机或PC机查看控制系统硬件状态、网络拓扑结构、网络附件信息、UPS电源信息及关键控制点的具体控制细节,指导现场人员处理问题,对提高故障处理速度,快速定位故障点,保障控制系统稳定运行有显著效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种诊断平台,具体涉及一种基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,属于诊断平台技术领域。
背景技术
现代工业生产普遍采用PLC或DCS进行控制,其一般有硬件、软件、具体控制程序、网络附件和电源等组成,成熟的控制系统一般都比较稳定,但一旦有问题时,因其较高的复杂性和隐蔽性,通常处理起来比较困难;如何能通过后台诊断界面,精确定位自动化控制系统所涉及的故障点,指导帮助现场人员快速解决处理问题,乃至可远程遥控指导分析判断问题,将是一种发展方向和必然趋势。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出了一种基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,适用于对PLC或DCS控制系统进行远程诊断和智能维护,可远程异地通过手机或PC机查看控制系统硬件状态、网络拓扑结构、网络附件信息、UPS电源信息及关键控制点的具体控制细节,指导现场人员处理问题,对提高故障处理速度,快速定位故障点,保障控制系统稳定运行有显著效果。
本发明的基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,在生产现场主控室工程师站开发设计一套故障分析定位和指导系统;相关人员均可参照系统指导界面第一时间了解问题所在;二是开发设计故障分析定位和指导系统相应的手机APP,管理维护人员可通过手机或PC机随时随地浏览该系统,有问题可随时远程指导和分析,其具体包括
安装有WINCC和KEPWARE的现场工程师站,KEPWARE为OPC服务器软件Kepware的应用,由于大多数自动化控制系统的上位和下位并不直接支持SNMP(IT标准),因此无法读取并在HMI界面上显示每个SNMP设备(Agent)的内部状态;而OPC服务器软件Kepware多元化特性能够与工业自动化行业内的广泛设备通信,同时还支持访问第三方工业自动化软件应用程序,能够与第三方OPC服务器和第三方客户端应用程序通信,且能通过MIB、OID和陷阱为NMS提供工厂数据;由于大多数自动化控制系统的上位软件包括西门子的WINCC、GE的IFIX、施耐德的citect、intouch以及国产的力控、杰控等都支持OPC接口;OPC服务器软件Kepware提供了网络设备和工控上位软件进行交互数据的桥梁;从而辅助工控上位软件获取到控制系统的硬件状态数据;
交换机,所述交换机为主交换机或核心交换机;所述交换机通过SNMP协议和TCP/IP通讯协议与数据采集网关机通信;由于网络设备来自不同的厂商,均是采用基于SNMP开发的软件进行管理,实用方便统一;目前市面上大部分的设备都支持SNMP协议;交换机本身就是一网络设备,利用SNMP协议可以远程管理所有支持这种协议的网络设备,包括监视网络状态、修改网络设备配置、接收网络事件警告、发现故障、完成故障诊断等;
转换卡,所述转换卡输入端接入到自动化控制系统的UPS不间断电源的232接口,所述转换卡输出端将232接口转换为网口形式后接入到交换机;由于现有的UPS不间断电源均配备有232接口,通过转换卡转换以网口形式联入网络,通过转换卡将UPS不间断电源输出状态转换为网络数据接入到接入到交换机;从而通过SNMP协议接入到现场工程师站,其为SNMP协议应用的前提,
所述交换机端点还与自动化控制系统的各PLC状态端连接;自动化控制系统的各PLC状态通过交换机反馈到现场工程师站进行分析;
由于市场上流行的自动化控制系统普遍都具有硬件诊断功能,也称之为资源管理系统,原理基本一致相通,大多采用控制系统的专用编程软件,通过编制程序调取获得系统状态或部分系统状态列表,获得的状态信号存放于控制系统内部寄存器中,例如CPU指示灯、CPU型号及序列号、从站状态、存储卡序列号、机架号和插槽号的模板状态;模板状态的获取直接通过该模板的诊断端口;从而从内部寄存器中调取模板状态送至交换机;
上位机故障分析定位和指导模块,所述上位机故障分析定位和指导模块通过外网防火墙接入到广域网;所述广域网通过外网防火墙接入到现场工程师站;所述上位机故障分析定位和指导模块为工业互联网平台;其内容包含控制系统硬件状态(含网络拓扑结构)显示、程序所涉关键控制要点的自诊断分析指导、主要交换机的内部特征状态显示、UPS电源的内部状态显示和报警。
APP故障分析定位和指导模块,所述APP故障分析定位和指导模块为内置诊断APP的移动终端,所述移动终端通过移动模组接入到广域网;能通过手机或PC机浏览该系统,不仅具备工程师站上位机版故障分析定位和指导系统的所有功能,而且能实现数据计算与信息推送、人员设备及数据采集点信息维护、预警统计及查询等功能;
硬件诊断信息显示模块,所述硬件诊断信息显示模块接入到现场工程师站。
进一步地,所述现场工程师站和交换机之间设置有数据采集网关机。
进一步地,所述交换机内部状态数据包括:CPU使用率数据、已使用内存数据、物理内存数据、风机转速数据、每个口的输入接口流量和输出接口流量;所述CPU使用率为5S端、1MIN端和5MIN端;所述UPS内部状态数据包括输入电压、输出电压、当前负载率、输入频率、UPS温度、UPS容量;所述UPS报警点数据包括市电中断数据、市电电压低数据、旁路工作数据、UPS故障数据、UPS为后备式数据、测试中数据、UPS关机数据、喇叭开启数据和UPS断线数据。
进一步地,所述现场工程师站的数据采集具体如下:根据设备和采集点基础信息,采用网关机建立与相应设备的数据传输,通过采集模块读取网关机传输的数据,并存储在系统中。
进一步地,所述APP故障分析定位和指导模块使用时,用户登录诊断APP,进入移动终端端诊断平台后,通过移动终端接收到现场工程师站相关预警信息,并对预警信息进行确认,在移动终端可以点击相应按钮进入到历史数据查询画面,查询具体的数据。
进一步地,所述APP故障分析定位和指导模块使用时,现场工程师站根据采集点基础信息中维护的预警条件进行预警规则计算,在触发预警时,将预警信息转存到相应的数据库中,并推送信息到APP故障分析定位和指导模块的指定责任人的诊断APP,后续再通过PC端画面可以按照相应条件对历史记录进行查询。
与现有技术相比,本发明的基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,通过该平台和方法对自动化控制系统的数据采集、挖掘分析和利用,可达到对在线自动化设备得进行预知、预判和管理,实现设备状态的远程诊断和分析,是物联网技术在两化融合中的典型应用;同时还能实现对复杂电气故障的精确定位,使复杂问题简单化,分析问题过程化趋于透明化,提高处理问题的效率。
附图说明
图1为本发明的实施例1整体结构示意图。
图2为本发明的SNMP网络架构之间的关系示意图。
图3为本发明的资源管理的诊断信息流结构示意图。
图4为本发明的交换机状态一览表示意图。
图5为本发明的UPS状态一览表示意图。
图6为本发明硬件诊断结构示意图。
具体实施方式
实施例1:
如图1所示的基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,包括
安装有WINCC和KEPWARE的现场工程师站,KEPWARE为OPC服务器软件Kepware的应用,由于大多数自动化控制系统的上位和下位并不直接支持SNMP(IT标准),因此无法读取并在HMI界面上显示每个SNMP设备(Agent)的内部状态;而OPC服务器软件Kepware多元化特性能够与工业自动化行业内的广泛设备通信,同时还支持访问第三方工业自动化软件应用程序,能够与第三方OPC服务器和第三方客户端应用程序通信,且能通过MIB、OID和陷阱为NMS提供工厂数据;由于大多数自动化控制系统的上位软件包括西门子的WINCC、GE的IFIX、施耐德的citect、intouch以及国产的力控、杰控等都支持OPC接口;OPC服务器软件Kepware提供了网络设备和工控上位软件进行交互数据的桥梁;从而辅助工控上位软件获取到控制系统的硬件状态数据;其网络架构如图2所示。
交换机,所述交换机为主交换机或核心交换机;所述交换机通过SNMP协议和TCP/IP通讯协议与数据采集网关机通信;由于网络设备来自不同的厂商,均是采用基于SNMP开发的软件进行管理,实用方便统一;目前市面上大部分的设备都支持SNMP协议;交换机本身就是一网络设备,利用SNMP协议可以远程管理所有支持这种协议的网络设备,包括监视网络状态、修改网络设备配置、接收网络事件警告、发现故障、完成故障诊断等;
转换卡,所述转换卡输入端接入到自动化控制系统的UPS不间断电源的232接口,所述转换卡输出端将232接口转换为网口形式后接入到交换机;由于现有的UPS不间断电源均配备有232接口,通过转换卡转换以网口形式联入网络,通过转换卡将UPS不间断电源输出状态转换为网络数据接入到接入到交换机;从而通过SNMP协议接入到现场工程师站,其为SNMP协议应用的前提,
所述交换机端点还与自动化控制系统的各PLC状态端连接;自动化控制系统的各PLC状态通过交换机反馈到现场工程师站进行分析;
由于市场上流行的自动化控制系统普遍都具有硬件诊断功能,也称之为资源管理系统,原理基本一致相通,大多采用控制系统的专用编程软件,通过编制程序调取获得系统状态或部分系统状态列表,获得的状态信号存放于控制系统内部寄存器中,例如CPU指示灯、CPU型号及序列号、从站状态、存储卡序列号、机架号和插槽号的模板状态;模板状态的获取直接通过该模板的诊断端口;从而从内部寄存器中调取模板状态送至交换机;如图3所示,资源管理系统的诊断信息流示意图,反映的是西门子控制系统的信息流向,其主要是通过系统功能块SFC51“RDSYSST”读取系统状态;PS电源模板状态信号的判别是以是否能提供标准稳定直流24V电源为评价标准,其采集方式是先驱动直流24V中间继电器,继电器的常开信号直接进24VDI模板通道,如果该通道信号为1,则说明电源模板正常;如果该通道信号为0,则说明电源模板有问题,不能可靠使用;如图4所示,硬件诊断信息显示以硬件组态或网络拓扑的形式展示,硬件诊断示意图反映的是一西门子主从扩展拓扑结构,具体的状态反馈以“圆圈”的红色和绿色表示,绿色代表“good”、红色代表“bad”。
上位机故障分析定位和指导模块,所述上位机故障分析定位和指导模块通过外网防火墙接入到广域网;所述广域网通过外网防火墙接入到现场工程师站;所述上位机故障分析定位和指导模块为工业互联网平台;
APP故障分析定位和指导模块,所述APP故障分析定位和指导模块为内置诊断APP的移动终端,所述移动终端通过移动模组接入到广域网。
如图6所示,硬件诊断信息显示模块,所述硬件诊断信息显示模块接入到现场工程师站。
所述现场工程师站和交换机之间设置有数据采集网关机。
如图4和图5所示,其为交换机状态一览表和UPS状态一览表;即所述交换机内部状态数据包括:CPU使用率数据、已使用内存数据、物理内存数据、风机转速数据、每个口的输入接口流量和输出接口流量;所述CPU使用率为5S端、1MIN端和5MIN端;所述UPS内部状态数据包括输入电压、输出电压、当前负载率、输入频率、UPS温度、UPS容量;所述UPS报警点数据包括市电中断数据、市电电压低数据、旁路工作数据、UPS故障数据、UPS为后备式数据、测试中数据、UPS关机数据、喇叭开启数据和UPS断线数据。
所述现场工程师站的数据采集具体如下:根据设备和采集点基础信息,采用网关机建立与相应设备的数据传输,通过采集模块读取网关机传输的数据,并存储在系统中。
所述APP故障分析定位和指导模块使用时,具备移动终端预警信息提醒和信息查询功能,用户登录诊断APP后,可以通过手机端接收到相关预警信息,并对预警信息进行确认,在手机端可以点击相应按钮进入到历史数据查询画面,查询具体的数据。
所述APP故障分析定位和指导模块使用时,具备数据计算与信息推送功能,根据采集点基础信息中维护的预警条件进行预警规则计算,在触发预警时,将预警信息转存到相应的数据库中,并推送信息到指定责任人移动终端,后续再通过PC端画面可以按照相应条件对历史记录进行查询。
诊断平台对关键控制点的故障排查可视化指导:
可视化指导建立通过对控制程序的连锁、动作条件和影响关系的梳理,形成可视化流程图的画面呈现,操控人员易于理解和掌握被控对象和过程的状态,能够指导故障判断,锁定故障点,是关键程序控制点的透明化和程序的翻版;画面有控制系统所用监控软件开发,变量仍是程序内部变量;因不需要建立诊断对象的数学模型,适用性极强。
APP故障分析定位和指导模块具体操作如下:
人员、设备及数据采集点位等信息维护功能:需要监测的设备信息和相关的采集点位信息可以允许有权限的人员随时进行增删、改动,设备可以关联到具体责任人、预警推送角色等信息;设备需要配置相关管理编码,采集的点位能够通过设备管理编码关联到具体设备。
预警推送和统计功能:在检测到设备报警或故障发生后,能够第一时间通过APP消息提醒的方式通知到相关责任人;可以通过画面,按照时间、设备名称、采集点位信息等进行数据查询。
上述实施例,仅是本发明的较佳实施方式,故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (6)
1.一种基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,其特征在于:包括
安装植入有WINCC和KEPWARE的现场工程师站;
交换机,所述交换机为主交换机或核心交换机;所述交换机通过TCP/IP下的SNMP协议与数据采集网关机通信;
转换卡,所述转换卡输入端接入到自动化控制系统的UPS不间断电源的232接口,所述转换卡输出端将232接口转换为网口形式后接入到交换机;
所述交换机端点还与自动化控制系统的各PLC状态端连接;
上位机故障分析定位和指导模块,所述上位机故障分析定位和指导模块通过外网防火墙接入到广域网;所述广域网通过外网防火墙接入到现场工程师站;所述上位机故障分析定位和指导模块为工业互联网平台;
APP故障分析定位和指导模块,所述APP故障分析定位和指导模块为内置诊断APP的移动终端,所述移动终端通过移动模组接入到广域网。
硬件诊断信息显示模块,所述硬件诊断信息显示模块接入到现场工程师站。
2.根据权利要求1所述的基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,其特征在于:所述现场工程师站和交换机之间设置有数据采集网关机。
3.根据权利要求1所述的基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,其特征在于:所述交换机内部状态数据包括:CPU使用率数据、已使用内存数据、物理内存数据、风机转速数据、每个口的输入接口流量和输出接口流量;所述CPU使用率为5S端、1MIN端和5MIN端;所述UPS内部状态数据包括输入电压、输出电压、当前负载率、输入频率、UPS温度、UPS容量;所述UPS报警点数据包括市电中断数据、市电电压低数据、旁路工作数据、UPS故障数据、UPS为后备式数据、测试中数据、UPS关机数据、喇叭开启数据和UPS断线数据。
4.根据权利要求1所述的基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,其特征在于:所述现场工程师站的数据采集具体如下:根据设备和采集点基础信息,采用网关机建立与相应设备的数据传输,通过采集模块读取网关机传输的数据,并存储在系统中。
5.根据权利要求1所述的基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,其特征在于:所述APP故障分析定位和指导模块使用时,用户登录诊断APP,进入移动终端端诊断平台后,通过移动终端接收到现场工程师站相关预警信息,并对预警信息进行确认,在移动终端可以点击相应按钮进入到历史数据查询画面,查询具体的数据。
6.根据权利要求1所述的基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法,其特征在于:所述APP故障分析定位和指导模块使用时,现场工程师站根据采集点基础信息中维护的预警条件进行预警规则计算,在触发预警时,将预警信息转存到相应的数据库中,并推送信息到APP故障分析定位和指导模块的指定责任人的诊断APP,后续再通过PC端画面可以按照相应条件对历史记录进行查询。
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CN202210688102.1A CN114995349A (zh) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 一种基于自动化控制系统的远程诊断平台及方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116720055A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-09-08 | 北京合锐赛尔电力科技股份有限公司 | 一种环保气体绝缘环网柜运行故障诊断分析系统 |
-
2022
- 2022-06-17 CN CN202210688102.1A patent/CN114995349A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116720055A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-09-08 | 北京合锐赛尔电力科技股份有限公司 | 一种环保气体绝缘环网柜运行故障诊断分析系统 |
CN116720055B (zh) * | 2023-08-09 | 2023-10-24 | 北京合锐赛尔电力科技股份有限公司 | 一种环保气体绝缘环网柜运行故障诊断分析系统 |
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