簡介
目前,大多數設備的監測及診斷系統都是基於現場的或基於區域網路的分散式系統,此種體系結構相對封閉,故障診斷與維修都會受到人力、技術和地域的限制,故障診斷的時效性也受到一定的影響。因此,將設備故障診斷技術與計算機網路技術相結合,建立一種開放式的遠程監測診斷系統,己經成為趨勢所在。
遠程監測技術
傳統對生產或設備運行的監測,一般都是工作人員藉助儀器儀表來就近監視作業情況,憑直觀作出決策判斷。但如果現場設備運行環境比較惡劣或者生產過程分布的廣,相距遙遠,如核動力、電力、水利、鐵路、採礦、石油利遠程教育等。這些部門要對相距遙遠的生產過程進行監視和控制,如果沿用就近監視的辦法,則在技術上和經濟上都是不足取的。為了適應這種客觀需要,逐步發展了遠程監控技術,就是套用網路通信技術對遠方的運行設備進行監視,以實現遠程測量,遠程信號,和遠程調節等各項功能。
遠程監測技術是隨著計算機技術,通信技術,感測技術的發展而逐漸興起的設備狀態監測技術。遠程監控的監測點與控制中心分別位於兩地,打破了地域的界限,方便通過網路來連線傳遞信息。它採用多元的信息傳輸、監測,管理和一體化的集成技術,實現信息,資源和任務的共享,達到了監測的實時、快速和有效,並能夠同其它的計算機網路系統互連,向人們提供了一個更高效、更全面、更安全,更快捷的服務模式,改變了傳統的監測模式。
目前遠程監測技術的主流是套用Internet技術,在TCP/IP協定和WWW規範支持下,合理組織軟體結構,使工作人員通過訪問網路伺服器來迅速獲取許可權下的所有信息並及時做出回響。未來,嵌入式系統的發展會越來越迅速,越來越成熱,將這項新技術加以研究用於遠程監控系統上,是監控系統未來發展方向之一。嵌入式監控系統可以使信息實現本地化處理,改善服務性能。可以使每一個設備具備網路與服務功能,每一個設備都可以獨立進行服務,從而大大提高監控的質量和範圍。
故障診斷技術
故障診斷作為一門新興的綜合性學科和領域,經過近幾十年發展,已初步形成了完整的學科體系。目前故障診斷理論和方法分類歸納起來為類基於非模型的故障診斷理論和方法,如信號空間特徵、模態和信息處理方法的診斷理論與方法基於知識推理、人工智慧、專家系統的診斷方法基於模式識別和神經網路的診斷方法基於系統數學模型和現代控制理論、方法的故障診斷理論和方法,也包括相互間的結合和集成。就其技術手段而言,己逐步形成了以振動診斷,油樣分析,溫度檢測和無損檢測探傷為主,其他技術為輔的局面。這其中又以振動信號診斷涉及的領域最廣,理論基礎最為雄厚。隨著高新技術的發展,各種高精度,多功能的信號採集,信號分析儀器種類越來越多,從少通道,低採樣頻率,較低精度,只有簡單分析功能的低價位分析儀器到多通道通道,超高速,超高精度,超大容量的大型高性能分析儀應有盡有。
在診斷方法模式上,除了單一參數,單一故障的技術診斷外,目前多參量、多故障的綜合診斷技術已經興起。在20世紀80年代,隨著人工智慧技術的迅速發展,特別是知識工程、專家系統和人工神經網路在診斷領域中的進一步套用,迫使人們對智慧型故障診斷技術進行更加深入與系統地研究。這是因為,一方面故障智慧型診斷具有傳統診斷方法無可比擬的優點,另一方面,複雜設備的故障診斷在很大程度上需要依賴專家的經驗知識。因此國內外專家學者陸續開發了一大批基於知識的故障診斷系統,各種診斷方法和技術也在診斷系統中得到了套用。
實現功能
目前基於網路的監測診斷系統多採用叫C/S模式, C/S模式是一種典型的雙層結構,它的特點是系統的伺服器程式和客戶端的應用程式分開,分別在不同計算機上。當隨著應用程式的功能日益複雜, C/S模式暴露出問題擔當事務處理和顯示邏輯的客戶端越來越龐大,成為了一種“胖客戶機瘦伺服器”這樣客戶端的管理和維護將會越來越困難,而且如果系統要升級,就必須對所有客戶端一一升級,這直接造成了維護成本的高昂。而B/S模式則具有良好的跨平台特性,而且由於它把複雜的應用程式移到了伺服器上,使得“胖”客戶瑞轉化為“瘦”客戶端,實現了開發環境與套用環境的分離和獨立,對於實時監測系統來說,這種B/S模式有更大的靈活性、可維護、可擴展性和高效性。
基於B/S模式的遠程監測是以作為通信平台的監測系統,其優點在於客戶端只需通過瀏覽器就可以監測瀏覽生產過程和設備的運行情況所有的開發,維護都在伺服器端,維護升級方便採用組件技術或超文本協定可實現靜態,動態,文字圖像的傳輸。其結構如下圖。
遠程監測診斷系統數據採集
要實現設備監測第一步就是採集數據,該部分是與現場聯繫最緊密的部分。數據採集模組的功能是將現場的數據傳輸到監測中心。現在大型的工業工程一般採用PLC來採集數據並進行初步的處理,將模擬信號則經過A/D轉換為數位訊號.PLC與PC機的通信方式可以是串口、現場匯流排、乙太網和數據機等,各自有不問的套用領域,可以根據實際的情況來選擇。也可以直接採用數據採集卡來實現。
數據實時傳輸
一般來講,實時性是控制系統強調的首要條件。遠程監測的對象是現場的控制系統,用戶的操作都會影響到實際的生產過程,保證實時性,即要求在限定的時間內正確地完成數據的傳輸、處理顯的尤為重要。如果在實時性要求很高的情況下採用將數據寫入資料庫,由web伺服器從資料庫中取出數據,再將數據傳送給客戶計算機的方法,顯然是不行的,它不僅使磁碟因頻繁地讀寫數據而易於損壞,還會因為系統繁忙,無法使信息保持與現場同步。
數據的實時傳輸,其實是應用程式之間實時數據傳輸,傳統的磁碟資料庫的操作由於其時間延時及其不確定性不能達到實時性的要求。這就需要記憶體資料庫的支持,將常用的實時的數據放入記憶體,由不同的應用程式共享,要達到記憶體的共享現在有兩種常用的方法DDE動態數據交換和DLL動態程式庫還可以通過網路編程,在伺服器和客戶機之間建立套接字的連線,以達到網路兩端數據的交換。
web服務端
web伺服器是遠程監測的核心部分,它的作用是接受客戶的請求,然後針對客戶的要求對數據進行一定的處理,最後將處理過的數據實時、動態的傳送到客戶端。當然,空的伺服器並沒有什麼作用,要加入一些靜態或動態的網頁在其中。在web網頁製作方面,現在的網頁製作語言發展很快很多, 當前實現web訪問的主要技術可分為兩大類：一類是基於Server端擴展的web資料庫技術,這類技術實質上是擴展了B/S模式的Server端的功能。
故障特徵信息的獲取
要對設備故障進行診斷,第一步就需要獲取有關故障特徵信號。一個良好的診斷系統模組首先應該能正確,全面地獲取診斷所必需的信息。設備監測中採集的信號有振動,油壓,壓力,溫度等,其中振動信號最常用。如何提取採集信號中的故障信息將是進一步的故障診斷需解決的首要問題。
近年來隨著信號分析技術的發展,採用先進的信號分析技術來提取故障信息的方式成為故障信息獲取的主要手段。藉助於時域,頻域分析,非平穩信號的短時傅立葉變換,Wigner分布和小波分析技術等先進的信號分析手段,可以方便準確對故障信息進行深層次的獲取,進而找到故障的關鍵信號特徵和徵兆,作為進一步的診斷的重要分析依據。
故障診斷技術
由於設備故障的複雜性和故障與徵兆之間關係的多樣性,使設備故障診斷形成了一種探索性的過程。傳統的故障診斷方法首先是利用各種物理的和化學的原理手段,通過伴隨故障出現的各種物理和化學現象,直接檢測故障其次是利用信號分析提取的故障對應的徵兆來診斷。由於故障與各種徵兆間並不存在簡單的一一對應的關係,因此利用徵兆進行故障診斷往往是一個反覆探索和求解的過程。在傳統診斷方法基礎上,將人工智慧套用於故障診斷,發展智慧型化的診斷方法,是故障診斷的一條全新路徑。目前基於專家系統的故障診斷模式正得到廣泛的引用,成為今後設備故障診斷的一個重要方向。
系統層次
由於設備的複雜度不斷提高,診斷維護難度不斷加大,而設備分布在很廣的範圍,許多情況下需要設備製造商提供必要的技術支持,但由於技術人員有限,因而難以滿足實際的需要。針對這種情況,遠程監測診斷服務系統充分利用網路信息技術的優勢,以現有的診斷資源和專家為基礎,建立遠程診斷服務中心,實現診斷服務的有效性、敏捷性和經濟性。
整個遠程診斷系統由診斷服務中心和多個設備現場監測工作站組成。系統的核心是遠程診斷服務中心,它可向多個設備提供診斷服務。現場工作站對本地設備進行監測,在設備故障時,現場工作站將採集到的實時信號傳輸到遠程診斷中心,遠程診斷中心對現場設備進行故障診斷。診斷服務中心和現場工作站共同構成一個分散式診斷系統。
遠程監測診斷系統現場監測工作站
現場監測工作站是診斷系統的基礎。在設備日常運行時,其主要功能是採集和記錄設備運行過程的狀態信息如從感測器,控制器獲取的信號,這些信號經過按預定義的格式處理,將得到結構化的數據存儲在本地資料庫。當設備出現故障時,遠程診斷中心提供診斷服務,現場監測工作站接收診斷伺服器發出的指令,協助其進行診斷。現場工作站對設備進行實時監控和故障預報,並具有一定的診斷分析能力,能夠處理一些簡單的故障問題。
診斷服務中心
當設備出現嚴重的故障時,設備現場監測系統不能做出正確的處理,本地系統將請求遠程診斷服務。在本地與遠程診斷系統建立連線以後,遠程診斷軟體系統通過人機界面與診斷專家相互動,診斷專家可以根據需要獲取本地設備的實時信息或歷史信息,通過分析推理後將故障判斷反饋給本地系統。
