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1、引言
现代大工业的发展使得工业控制设备变得越来越复杂，自动化程度越来越高。由于自动控制的故障引起的生产停顿造成的损失是巨大的，而生产企业的维护能力有限，迫切需要建立起远程实时监测和诊断系统，由设备提供商、企业技术人员和行业专家共同实现及时、准确的预防和诊断设备故障。
随着信息时代的到来，Internet的发展为各行各业带来了全新的理念，把远程诊断的概念提高到了一个新的层次，已经把生产企业、科研机构、设备供应商三者更加紧密地结合在一起，对远程诊断的研究具有重要的现实意义：
(1) 提供更大范围的资源共享，避免了重复开发；
(2) 生产企业通过Internet从科研机构、设备供应商获得最新的诊断知识、诊断方法和技术，提高了企业对新型故障的防范能力，降低了故障率，不断提高企业的故障诊断水平；
(3) 提高了设备供应商的服务水平，设备供应商通过Internet为企业提供远程咨询、诊断和维修，培训了企业的员工，实现“移动的数据而不是人”，节约了成本，提高了维修服务质量；
(4) 提高科研机构的理论研究能力，科研机构通过Internet从企业现场获得第一手设备运行资料和企业的需求，对于进一步完善产品设计提供了依据。同时提高科研机构理论与实际相结合的能力。
2、设备故障远程监测与诊断
设备故障远程监测与诊断系统采用若干台中心计算机作为故障诊断服务器， 在设备的关键位置上建立状态观测点，通过在观测点上永久安装的传感器获取设备的实时工作状态信息， 经过信号预处理、A/D 转换后输入本地监测计算机，然后对信号进行处理，实现连续实时地采集设备状态数据，而在技术力量较强的科研院所、大学、设备供应商建立远程分析诊断中心， 为设备提供远程技术支持和保障。通过网络将观测点连接成一个复杂的监测网， 任何一个监测系统都可以提出请求服务的要求， 在异地的诊断服务中心接到请求服务的信息后， 可以提供各种服务，并返回诊断。同时， 远程的服务中心也可以从网上直接获取目前各观测点的状态信号、历史数据以及本地诊断的结果， 从而形成一个完整的监测与诊断系统。一旦出现异常现象， 可以在短时间内调动互连网内的所有诊断资源， 实现对设备的早期损伤诊断和及时维修，使设备安全使用。
计算机技术的发展把数据采集系统的设计思想提升到了一个新的高度，采用虚拟仪器技术提高了数据采集系统的可扩展性和可重用性。通过Internet技术，把传统的监测系统远程化，实现更大范围的资源共享。
3、实现方式
远程监测与故障诊断主要包括诊断知识的表达、诊断知识的获取及其软件实现、诊断知识的扩展软件实现以及如何实现用户与诊断中心的交互。远程监测与故障诊断在工业控制的实际应用中，可采用不同形式来实现。主要有点对点型和网络型。
3.1 点对点型
点对点型远程监测与故障诊断是指通过本地Modem、公用电话网、远端Modem来监测远端设备，主要有两种实现方式。
(1) 远程采集：即通过本地计算机、本地Modem、公用电话网、远程Modem、远端的通讯设备(如通讯仪表、通讯模块等)，直接对远端通讯设备进行远程监控。
(2) 远程监控：即通过本地计算机、本地Modem、公用电话网、远程Modem、远程计算机、远端的通讯设备，通过对远端计算机进行通讯来检测、控制、诊断和故障调试。
点对点远程监测简单实用，设备要求少，在远程监测时，只要企业提供公用电话线即可，设备供应商就可通过特定的软件对其设备进行监测。其缺点是不能实时联接，数据流量小，不能做到资源共享，企业无法获取新的诊断方法。
3.2 网络型
网络型远程监测与故障诊断是一个开放的分布式系统，是一种真正的客户——服务器模式，可运行在基于TCP/IP网络协议的网上，使用户能够实现上、下位机以及更多层次的厂级连网。TCP/IP网络协议提供了在不同硬件体系结构和操作系统的计算机组成的网络上进行通信的能力，一台PC机通过TCP/IP网络协议可以和多个远程计算机(即远程节点)进行通讯。
网络型远程监测的网络结构是一种柔性结构，可以将整个应用程序分配给多个服务器，这样可以提高项目的整体容量结构并改善系统的性能。服务器的分配可以是基于项目中物理设备结构或不同的功能，用户可以根据系统需要设立专门的IO服务器、历史数据服务器、报务器、登录服务器和WEB服务器等。
IO服务器：负责进行数据采集的站点，将采集的数据不断向网络上发布。
报务器：存储报警信息的站点，系统运行时，IO服务器上产生的报警信息将通过网络传输到指定的报务器上，经报务器验证后产生和记录报警信息
历史数据服务器：与报务器一样，系统运行时，IO服务器上需要记录的历史数据便被传送到历史数据服务器站点上，保存起来。
登录服务器：登录服务器在整个系统网络中是唯一的。它拥有网络中唯一的用户列表。当用户在网络的任何一个站点上登录时，系统调用该用户列表，登录信息被传送到登录服务器上，经验后，产生登录事件。这样，保证了整个系统的安全性。
WEB服务器：WEB服务器将IO服务器上数据发布到Internet上，并为用户提供浏览服务的站点。
客户机：用来访问指定的IO、报务器、历史数据服务器。
一个工作站站点可充当多种服务器功能，如I/O可以被同时指定为报务器、历史数据服务器、登录服务器等。
该网络具有Internet模式，是基于浏览器/服务器模式的一种新型的客户/服务器体系结构，采用基于Web Server的三层结构。客户端以通用的浏览器为基础(IE)，服务器端由Web服务器及数据库两层结构组成。Internet是以TCP/IP协议为基础，以Web为核心的网络，服务器端的开放和基于标准的连接方案大大加强了企业与外部的联系，数据库不是直接服务于每个客户机，而与Web服务器沟通，有利于实现对客户信息服务的动态性、实时性和交互性。
4、结束语
总之，远程监测在工业控制中，以Web技术为核心的网络型远程监测系统更接近客户，更接近应用，更有利于网络的进一步扩展。是当今信息系统发展趋势的主流。同时设备供应商、科研机构通过Web浏览获取的数据建立一整套远程故障诊断系统，实时的根据企业设备的运行情况，将各种诊断信息反馈到企业，以便企业及时做出反应，预防故障的发生。
概述
华新水泥有限公司日产5500 吨的水泥生产线，从石灰石破碎到水泥包装的生产过程监控、信息管理全部纳入计算机控制系统。整个控制系统以生产过程控制为核心，将高低压电动机、自动化仪表、生料质量控制、工厂信息管理等通过网络连接成一个整体。经营管理层采用以太网，生产管理层采用工业以太网，现场控制层以现场总线为主，常规分布式I/O 为辅，组成了一个适于大型水泥生产线的高水平、低投资的完整管理控制一体化系统。整个系统的基本配置见系统配置图。
控制系统配置
整个控制系统网络分为经营管理层、生产管理层和现场控制层。
1) 经营管理层
经营管理层依托华新水泥有限公司已建成的管理网络，通过标准以太网与生产管理层连接。
2) 生产管理层
整个系统根据生产线的布置情况和运行管理要求共设6个控制室：中央控制室、原料控制室、石灰石破碎控制
室、水泥包装控制室、码头控制室、总配电站。生产管理层采用标准TCP/IP 协议通过工业以太网实现现场控
制站与操作员站、工程师站务器之间的通讯。
· 操作员站/ 工程师站、PCS7 服务器、现场PLC 站和MIS 服务器通过OSM 连接到工业以太光纤环网上，可
以实时共享现场PLC 站的信息。
· 正常操作时，操作员站配置相同，互为备用。可独立工作，也可同时工作，显示不同画面。调试和维修时工程师站可用作软件开发、诊断现场PLC 站故障原因并进行排除等工作。
· 中控室配置彩色喷墨打印机和激光打印机，分别用于报表打印、画面及趋势曲线打印和实时报警打印。
· 管理功能：通过清晰友好的人机界面(HMI) 监控生产线工艺流程实时数据。
· 控制功能：用图形菜单，即中控室操作人员通过操作站的键盘或鼠标对现场设备进行开停控制，也可对现场控制站的调节参数、设定值进行修改。
· 趋势图显示功能：用棒状图和趋势曲线显示主要工艺参数的历史趋势和实时趋势。通常在一幅趋势图中显示
1-4 个工艺参数。趋势图中的时间坐标可以选择调整，并能保存两年的历史数据。
· 报警处理功能：在操作员站的CRT 上，不论当前显示何种画面，都会在画面的报警栏处显示出醒目的故障状态，使得操作人员随时了解生产线的故障状态。
·工艺参数设定功能：工艺参数设定分为二类，连续回路控制中的控制值设定和报警的设定。
·其它功能：故障次数记录、主要设备运行累计时间记录、
大修周期时间、自动生成日/ 月/ 年报表，并可选择打印方式、自动记录设备或生产过程出现的非正常现象、
发生时间、排除时间，并打印报表、历史数据恢复和历史趋势曲线显示，实时数据和历史数据分析处理。
3) 现场控制层
现场控制层用于控制水泥生产线工艺过程的各个现场环节。根据本生产线现场I/O 信号的分布，现场控制层分
成6 个现场控制站、3 个远程I/O 站：原料控制站、石灰石破碎远程I/O 站、码头远程I/O 站、原料磨控制站、
窑尾控制站、窑头现场控制站、水泥磨现场控制站、熟料库底远程I/O 站和水泥包装现场控制站。
·现场控制站采用SIMATIC S7-400 系列控制器，每个现场控制站都自成系统，可以独立运行，不受其他现场控制站或服务器故障停机的影响。
·远程I/O 站采用SIMATIC ET200M 远程I/O 站，配置CPU315-2DP 通过PROFIBUS-DP 与S7-400 系列现场
控制器进行通信，远程I/O 用于扩展现场控制器的远程输入输出能力。在SIMATIC PCS7 中， ET200M 远程站中的分布式I/O 模板，通过PROFIBUS-DP 与中央单元连接，为远程I/O 的配置提供了极大的灵活性，即可在控制室内集中配置，也可在现场电力室或分站控制室内分布配置。可通过在中央处理单元插入多个通讯处理器来配置多条SIMATIC NET 网络。
·10kV 系统采用SIPROTEC 4 7SJ62 综合保护器，通过PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯，实现对高压电机和10kV 配电系统的控制和保护。·低压电动机采用3UF5 SIMOCODE-DP 电机保护控制器，通过PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯，系列实现对低压电动机的控制和保护。
· 调速装置采用6SE71 系列变频调速，通过CBP2 的PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯。
·电动执行机构采用SIPOS 5 通过PROFIBUS-DP 与S7-400 系列现场控制器进行通信。
· 现场智能仪表( 压力、温度、气体分析等) 通过PROFIBUS-PA 与S7-400 系列现场控制器进行通讯。
SIMATIC 网络系统
PCS7 的SIMATIC NET 工业通讯网络结构，拥有丰富灵活的网络层级。各个层级的通讯协议均采用标准的网络协议，保了系统的开放性。SIMATIC NET 的网络产品和模件都采用工业标准制造，适用于有电磁干扰和污染的工业环境。
1) 现场总线级SIMATIC PCS7 的现场仪表和设备级采用PROFIBUS现场总线进行通讯，中央控制器与现场I/O 站通过PROFIBUS-DP 互相进行通讯。
2) 系统总线级工业以太网作为连接操作员站、工程师站和自动化系统站的系统总线。SIMATIC NET 中的高速以太网采用全双工并行(FDX) 通讯模式。
3) 工厂管理级
SIMATIC PCS7 提供开放的系统平台，支持将系统连接到工厂管理级，以实现工厂管理层上众多软件包快速简便的集成，实现无缝管理和控制层上的数据交换和共享，并以WEB 方式实现与集团经营管理网的过程数据共享。
结束语
现场总线技术的出现和成熟，使传统的DCS 控制系统在结构和性能上都发生了巨大的飞跃。系统结构的简化，使其从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出诸多优越性。它不仅节省了硬件数量与投资，节省了安装费用，而且系统的维护费用也大大地降低。SIMATIC PCS7 过程控制系统丰富的产品支撑和多层次的通讯网络可满足现代大型水泥工厂在传统的以生产管理为核心的控制系统结构上向经营管理层和现场控制层两端延伸的控制要求。上层通过标准以太网接入经营管理层，下层根据水泥生产线的特点，灵活地组成现场总线和分布I/O 现场控制层
