1、基于Internet的遠(yuǎn)程機(jī)械故障診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)摘 要隨著信息時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)尤其是Internet幾乎滲透到了生產(chǎn)和生活的每一個角落，同時(shí)也為機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷帶來了全新的概念。首先，企業(yè)的信息化和自動化技術(shù)已成為提高企業(yè)自身競爭力和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，是企業(yè)參與國際競爭的技術(shù)保障:其次，利用基于Internet的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效地實(shí)現(xiàn)資源共享和專家異地會診;再次，基于Intemet的遠(yuǎn)程故障診斷中心的建立可以方便地實(shí)現(xiàn)對企業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)和知識傳播?；贗ntemet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)把通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的故障診斷領(lǐng)域，從體系機(jī)構(gòu)上改變了傳

2、統(tǒng)故障診斷的模式，跨越了以往診斷系統(tǒng)在時(shí)間和空間的局限性。本文的研究方向著重于提出基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并分析系統(tǒng)各部分的解決方案。該系統(tǒng)由三部分組成:現(xiàn)場工作站、企業(yè)監(jiān)測中心和遠(yuǎn)程診斷中心?，F(xiàn)場工作站負(fù)責(zé)對設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理等工作，采用DSP,VXI和虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行開發(fā)?，F(xiàn)場工作站通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)與企業(yè)監(jiān)測中心相連。企業(yè)監(jiān)測中心負(fù)責(zé)控制及管理現(xiàn)場工作站，同時(shí)負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)分析以及常規(guī)故障診斷等工作。其信號分析功能由LabVIEW,LabWindows/CVI, ComponentWorks開發(fā)，后臺服務(wù)程序由VC開發(fā)。企業(yè)監(jiān)測中心和企業(yè)NIS系統(tǒng)結(jié)合在一起

3、，減少了重復(fù)投資，也使設(shè)備狀態(tài)信息及時(shí)反映到企業(yè)決策層。企業(yè)監(jiān)測中心通過Internet與遠(yuǎn)程故障診斷中心相連。遠(yuǎn)程診斷中心負(fù)責(zé)專家會診環(huán)境管理、診斷專家系統(tǒng)管理與維護(hù)以及信息發(fā)布等工作沂本文開發(fā)了一個具有用戶管理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果報(bào)告和專家診斷等功能的遠(yuǎn)程診斷示范系統(tǒng)的ActiveX控件、ActiveX DLL, ASP統(tǒng)開發(fā)過程中采用了VB、ActiveX控件通過RDS進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存取擴(kuò)ActiveX DLL是ASP的服務(wù)器端組件，本文成功地在ActiveX DLL中輸出VB窗體的JPEG圖象，并返回給瀏覽器。本文還探討了基于DataSocket的網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)。DataSocket技術(shù)可以通

4、過各種接口傳送測量數(shù)據(jù)，使得通過網(wǎng)絡(luò)共享測量數(shù)據(jù)變得非常簡單。本文也探討了虛擬儀器技術(shù)和Web技術(shù)的結(jié)合，并成功地把LabVIEW應(yīng)用于CGI中，開發(fā)出基于Web的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文還建立了基于Web的虛擬儀器演示系統(tǒng)。最后，本文介紹了遠(yuǎn)程專家會診系統(tǒng)，并提出采用Microsoft的NetMeeting解決方案tMeeting軟件是可用于Intemet上進(jìn)行實(shí)時(shí)音、視頻和數(shù)據(jù)通訊套應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)組件，它提供了應(yīng)用程序共享、文件傳送、白板和交談等功能。通過NetMeeting可以使會診專家盡可能地獲取現(xiàn)場知識，更好地作出診斷意見。本文的創(chuàng)新主要在于把虛擬儀器技術(shù)引入故障診斷領(lǐng)域中，極大增強(qiáng)了

5、系統(tǒng)的信號分析功能和網(wǎng)絡(luò)通訊功能;提出把企業(yè)監(jiān)測中心和企業(yè)MIS系統(tǒng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)資源共享，減少重復(fù)投資出了遠(yuǎn)程專家會診系統(tǒng)，為遠(yuǎn)程故障會診的開展打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:遠(yuǎn)程診斷，Internet，虛擬儀器，網(wǎng)絡(luò)測量，遠(yuǎn)程會診，VXI第一章 緒論1.1課題綜述1.1.1設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備工作強(qiáng)度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動化程度越來越高，同時(shí)設(shè)備更加復(fù)雜，各部分的關(guān)聯(lián)愈加密切，從而往往某處微小故障就會爆發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個設(shè)備乃至與設(shè)備有關(guān)的環(huán)境遭受災(zāi)難性的毀壞。這不僅會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會危及人身安全，后果極為嚴(yán)重。1973年美國三里島

6、核電站堆芯事故，1985年美國航天航空飛機(jī)“挑戰(zhàn)者”號墜毀。英國Thomas在1984年發(fā)表論文認(rèn)為，對大型汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行振動監(jiān)視，其獲利和投資的比例為17:1。由此可見對機(jī)械設(shè)備，特別是關(guān)鍵設(shè)備部件實(shí)行狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷的必要性和迫切性。美國是開展機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)研究最早的國家。1967年，在美國國家宇航局(NASA)的創(chuàng)導(dǎo)下，由美國海軍研究室(ONR)主持召開了美國“機(jī)械故障預(yù)防小組(MFPG)”的成立大會。成立大會的代表幾乎全部都是軍界的研究人員和維修人員，并且以海軍和空軍居多。從第二屆會議開始逐步有企業(yè)界和高校的代表參加，之后，代表的成分越來越廣泛。MFPG一成立便開始了緊張的學(xué)

7、術(shù)交流活動，其中，在1967年至1969年的三年時(shí)間里共召開了九屆學(xué)術(shù)交流會，公開發(fā)表論文94篇。至今，MFPG己召開過40次學(xué)術(shù)會議，平均每年召開兩次。1971年MFPG正式劃歸美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(NSB)領(lǐng)導(dǎo)，由一個半官半民的組織變成一個官方領(lǐng)導(dǎo)的組織，下設(shè)故障機(jī)理研究組、監(jiān)測診斷預(yù)測技術(shù)組、可靠設(shè)計(jì)組和材料耐久性評價(jià)組。英國設(shè)備診斷技術(shù)最初的研究工作和啟蒙活動始于60年代末至70年代初，以科拉科特(R.A.Collacot)為首的“英國機(jī)器保健中心(U.K.Monitoring Center)”率先開展研究工作，在宣傳、培訓(xùn)、咨詢、制定計(jì)劃、故障分析以及診斷技術(shù)開發(fā)等多方面取得了很好的成效。

8、1982年由曼切斯特大學(xué)發(fā)起創(chuàng)立了沃福森工業(yè)維修公司(WIMU)，主要開展研究和咨詢活動。核電方面。英國原子能機(jī)構(gòu)下設(shè)的一個系統(tǒng)可靠性服務(wù)站(SRS)專門從事診斷技術(shù)的研究，主要研究范圍包括利用噪聲對爐體進(jìn)行監(jiān)測、鍋爐和管道的無損檢測以及程序的可靠性評價(jià)技術(shù)等。此外，SRS還起到了英國故障數(shù)據(jù)中心的作用。歐洲其它國家的設(shè)備診斷技術(shù)研究也有不同程度的進(jìn)展，在某些方面占據(jù)領(lǐng)先地位，如瑞典的SPM軸承監(jiān)測技術(shù)，挪威的船舶診斷技術(shù)，丹麥的振動、噪聲分析和聲發(fā)射技術(shù)等。在日本在民用工業(yè)(如鋼鐵、化工和鐵路等)部門發(fā)展迅速，并占有一定的優(yōu)勢。新日鐵于1971年率先開展了設(shè)備故障診斷技術(shù)的開發(fā)研究工作。19

9、76年基本上進(jìn)入了實(shí)用階段，開發(fā)完成了商品化的專用診斷儀器。私有大型企業(yè)，如三菱重工、松下電器、日立制作所、東京芝蒲電器等以企業(yè)內(nèi)部運(yùn)營工作為中心開展了高水平的實(shí)用項(xiàng)目研究，并發(fā)表了不少高水平的論文。其中三菱重工的白木萬博在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方面開展了卓有成效的工作，該公司推出的“機(jī)械保健系統(tǒng)(Machinery Health Monitoring System)”就是一套非常成功的氣輪發(fā)電機(jī)組故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)。我國自80年代中期起開始設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究。從整體上看，尚屬于跟隨性發(fā)展研究，但在一些領(lǐng)域也取得了豐碩的成果，并已形成高校、研究所及工廠的梯隊(duì)式研究、開發(fā)和應(yīng)用層次。國內(nèi)高校每年都

10、有許多以故障診斷為內(nèi)容的論文發(fā)表。1986年，我國正式成立了中國振動工程學(xué)會機(jī)械故障診斷分會。該分會己發(fā)起組織了多次全國性的大型故障診斷學(xué)術(shù)交流會議，為推動設(shè)備診斷技術(shù)方法的進(jìn)步和完善開展了大量有意義的工作。近幾年，我國在設(shè)備診斷軟硬件系統(tǒng)的開發(fā)研制方面取得了很大進(jìn)步，先后研制出了多種類型的在線和離線設(shè)備診斷系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代系統(tǒng)工程、信息論、控制論、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等的發(fā)展，故障診斷技術(shù)和方法也發(fā)展迅速，同時(shí)出現(xiàn)提高和普及兩種勢頭。表現(xiàn)在由單參數(shù)測量到多參數(shù)測量，由不同步到同步，由靜態(tài)到動態(tài)，由平均值、極值到過渡過程和平穩(wěn)過程的瞬時(shí)值，由離線到在線，由事后分析到預(yù)測，由人工診斷到自

11、動診斷等方面。近年來，國內(nèi)外從事故障診斷研究的人員不斷增多，研究的手段和方法也日新月異，在診斷過程中充分利用了現(xiàn)代測試、監(jiān)測技術(shù)。各種先進(jìn)的技術(shù)在機(jī)械故障診斷中都找到了用武之地，例如，計(jì)算機(jī)模擬、動態(tài)信號處理、機(jī)械圖象分析、潤滑油樣分析等，已經(jīng)形成了各具特色的流派和分支。從近期看，機(jī)械設(shè)備故障診斷的原理和方法將會繼續(xù)在一些對機(jī)器故障十分敏感的領(lǐng)域，如飛機(jī)發(fā)動機(jī)、航天、化工機(jī)械、船舶發(fā)動機(jī)等方面得到應(yīng)用，并逐漸推廣到其它一些機(jī)械行業(yè)。根據(jù)當(dāng)前的開展?fàn)顩r，下面一些研究方向?qū)玫窖杆侔l(fā)展:1.在數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論的指導(dǎo)下發(fā)展完善判別方法，在一些關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備上推廣故障診斷樹分析技術(shù)，制定合理的診斷程序。2

12、.從時(shí)域和頻域兩個方面發(fā)展波形分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息處理，特別是機(jī)器振動和噪聲的分析，提高信噪比，改善對故障診斷的靈敏度和可靠性。3.機(jī)器故障的計(jì)算機(jī)模擬和模型分析方法。4.典型機(jī)器部件的失效機(jī)理及其在二次信息中的反映。5.發(fā)展復(fù)雜自動化機(jī)械系統(tǒng)的在線監(jiān)控、預(yù)警技術(shù)、人工智能和專家系統(tǒng)。6. 發(fā)展和推廣先進(jìn)的診斷方法和手段。例如，直接在液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中在導(dǎo)管外壁采用測量流量的超聲流量計(jì)，聲發(fā)射技術(shù)，以及在滾動軸承運(yùn)行中監(jiān)視的光纖傳感器件等。7.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化。特別是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的發(fā)展，基于Intemet/Intranet的遠(yuǎn)程故障診斷方興未艾。本文正是在該背景下，

13、探討基于Intemet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法。1.2遠(yuǎn)程故障診斷及其意義目前，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的主要形式有: (1)離線故障監(jiān)測與診斷;2)單機(jī)在線故障監(jiān)測與診斷;(3)集中式在線故障監(jiān)測與診斷;(4)遠(yuǎn)程分布式在線監(jiān)測與故障診斷。離線工況監(jiān)測與故障診斷通過監(jiān)測傳感器采集設(shè)備運(yùn)行信息，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和診斷。其優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、靈活方便。但由于只是定時(shí)監(jiān)測，故一般不能監(jiān)測到機(jī)組發(fā)生故障前后的信號，因而起不到“黑匣子”作用，難以正確判斷故障和預(yù)報(bào)機(jī)組的運(yùn)行趨勢。單機(jī)在線故障監(jiān)測與診斷方式對每一臺設(shè)備安裝一套故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)。這種方式實(shí)時(shí)性好，可靠性高，但該方式經(jīng)濟(jì)性差、各監(jiān)測診斷系統(tǒng)之

14、間信息難以共享。集中式在線故障監(jiān)測與診斷方式克服了單機(jī)方式的經(jīng)濟(jì)性差，信息難以共享等缺點(diǎn)，但這種方式由于信號電纜過長，信號易失真、易受干擾。由于數(shù)據(jù)采集通道數(shù)和存儲量的增加導(dǎo)致監(jiān)測實(shí)時(shí)性差，且受地域限制，難以進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷。遠(yuǎn)程分布式在線監(jiān)測與故障診斷方式綜合了單機(jī)在線工況監(jiān)測與故障診斷和集中在線工況監(jiān)測與故障診斷方式的優(yōu)點(diǎn)。該方式對每臺機(jī)組分別配置一套數(shù)采監(jiān)測系統(tǒng)，多臺數(shù)采監(jiān)測系統(tǒng)共享一套診斷系統(tǒng)。這樣，既保證了監(jiān)測的實(shí)時(shí)性(即使在診斷時(shí)也能保證不中斷監(jiān)測)，又實(shí)現(xiàn)了信息的共享，同時(shí)還節(jié)約了監(jiān)測診斷系統(tǒng)的成本。設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷是計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)與故障監(jiān)測診斷技術(shù)相結(jié)合的一種設(shè)備故

15、障診斷方式。在當(dāng)今信息時(shí)代，Intemet的迅速發(fā)展及其良好的應(yīng)用前景，使之成為各種信息的載體?；贗ntemet的遠(yuǎn)程協(xié)作作為21世紀(jì)的新型合作方式倍受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界重視;Intemet模式的開放式軟硬件體系結(jié)構(gòu)也得到人們的認(rèn)同，成為各種系統(tǒng)開發(fā)的必然趨勢6.。另外，無論是遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷還是現(xiàn)場監(jiān)測診斷，診斷者都需要根據(jù)設(shè)備當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況、現(xiàn)場的基本參數(shù)、使用第一手?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。但由于目前我國企業(yè)內(nèi)部專業(yè)技術(shù)人員比較少，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)專家又由于地域原因不能及時(shí)到位，往往會因?yàn)闀r(shí)間的延誤造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而采取遠(yuǎn)程診斷這種經(jīng)濟(jì)、簡便的方法通過計(jì)算機(jī)把現(xiàn)場數(shù)據(jù)及時(shí)送到專家手中，就可以象專家

16、在現(xiàn)場一樣準(zhǔn)確、及時(shí)的作出判斷、采取有效措施解決問題基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)以Intemet為橋梁，跨越企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在時(shí)間和空間上的距離，學(xué)術(shù)界可利用網(wǎng)上診斷分析服務(wù)器設(shè)立技術(shù)講座，對企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行理論輔導(dǎo)和技術(shù)培訓(xùn)，同時(shí)發(fā)表自己的最新研究成果供企業(yè)使用;而企業(yè)界則可利用監(jiān)測服務(wù)器為研究機(jī)構(gòu)提供寶貴的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。雙方取長補(bǔ)短，廣泛合作，共同發(fā)展，這樣既解決了生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)力量不足和理論提高的問題，又有利于研究機(jī)構(gòu)更準(zhǔn)確、有效地得到企業(yè)內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的第一手資料，充實(shí)理論和技術(shù)研究。因此，基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)。有著強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。遠(yuǎn)程診斷具有重要的

17、理論和實(shí)際意義:1. 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷后，可利用診斷協(xié)作網(wǎng)對企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高其理論水平；2，企業(yè)可申請協(xié)作網(wǎng)專家在異地對設(shè)備故障進(jìn)行會診，提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性；3.遠(yuǎn)程診斷可實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的診斷知識與診斷數(shù)據(jù)共享；4 遠(yuǎn)程診斷能切實(shí)加強(qiáng)科研院所和生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)合作；5 遠(yuǎn)程診斷能實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)洋船舶、海洋鉆井平臺等特殊設(shè)各的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供可靠的技術(shù)保障;1.3遠(yuǎn)程故障診斷研究現(xiàn)狀遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)在近幾十年得到了很大的發(fā)展，國外有美國西屋公司的大型電站在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)、法國電力部門的監(jiān)測和診斷支援工作站、斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院的基于Intemet的下一代遠(yuǎn)程診斷示范系

18、統(tǒng)、密西根大學(xué)和UVVM 的智能維修(IMS)中心等，國內(nèi)有山東電力科學(xué)研究院和清華大學(xué)共同開發(fā)的大型汽輪發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程在線振動監(jiān)測分析與診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院的設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷中心、西安交通大學(xué)軸承所的網(wǎng)上遠(yuǎn)程診斷與處理支持中心、哈爾濱工業(yè)大學(xué)動力工程控制與仿真研究所的遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷中心等。國外遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)中，IMS中心具有代表性。IMS中心在智能診斷方面見長，并開發(fā)了智能預(yù)警軟件、基于Intemet的智能維修和事務(wù)決策支持系統(tǒng)等。但是從IMS中心開放的網(wǎng)站來看，IMS目前還不具備很好的開放性和可操作性，缺乏遠(yuǎn)程故障診斷中心的技術(shù)示范功能。華中理工大學(xué)設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷中心用Java

19、開發(fā)了一些信號分析的小程序，并發(fā)布在遠(yuǎn)程診斷中心的網(wǎng)站上。它在與企業(yè)的實(shí)際合作項(xiàng)目中應(yīng)用Java技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷?？偟膩碚f，該中心具有一定的技術(shù)示范作用。但是在遠(yuǎn)程診斷方面，缺乏與企業(yè)的進(jìn)一步合作，很多理論構(gòu)架只是一個提法，離一個實(shí)際的遠(yuǎn)程故障中心仍有一定距離。西安交通大學(xué)網(wǎng)上遠(yuǎn)程診斷與處理支持中心在工程實(shí)際應(yīng)用中取得不少經(jīng)驗(yàn)，并且在信號分析和智能診斷方面取得不少成果，然而該中心的信號分析和診斷仍然是演示性質(zhì)的，無用戶管理功能，也不能開展實(shí)際的故障診斷工作。哈爾濱工業(yè)大學(xué)動力工程控制與仿真研究所與一些電廠合作，實(shí)現(xiàn)了對電廠發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷，同時(shí)在Intemet上

20、建立了遠(yuǎn)程故障診斷中心。但是該中心的診斷系統(tǒng)目前只限于對合作電廠的機(jī)組進(jìn)行診斷，普通用戶只能瀏覽系統(tǒng)，不利于診斷技術(shù)的推廣應(yīng)用，不能實(shí)現(xiàn)一個開放的遠(yuǎn)程診斷中心應(yīng)有的功能。從已有的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)來看，普遍存在著可操作性差、開放性和可擴(kuò)展性不夠靈活等缺點(diǎn)。1.2本文主要研究內(nèi)容本文在遠(yuǎn)程故障診斷不斷發(fā)展、應(yīng)用逐漸廣泛的背景下，針對現(xiàn)有各遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的不足，較為深入的探討了遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各部分的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并依托本文開發(fā)建設(shè)的遠(yuǎn)程故障診斷中心對基于Intemet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析。為了合理利用現(xiàn)有資源，減少重復(fù)建設(shè)，本文提出由現(xiàn)場工作站、企業(yè)監(jiān)測中心、遠(yuǎn)程故障診斷中心構(gòu)成的

21、遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有很好的開放性和可擴(kuò)展性，一個遠(yuǎn)程診斷中心可以為多個企業(yè)監(jiān)測中心提供服務(wù)。本文將在探討遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的瀏覽Ul服務(wù)器(BIS)三層結(jié)構(gòu)模型及Web技術(shù)的基礎(chǔ)上，為遠(yuǎn)程診斷中心開發(fā)多級用戶管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)和功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)?；贐IS模型的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)將大大提高系統(tǒng)的安全性、可操作性和可維護(hù)性。目前，計(jì)算機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)不能完全自動實(shí)現(xiàn)精確的診斷，不能取代工程師，只起著支持或輔助的作用，特別是疑難故障的診斷決策，仍然需要診斷專家來分析決定。為此，本文提出遠(yuǎn)程專家會診系統(tǒng)，并介紹專家會診環(huán)境的建設(shè)。為了提高系統(tǒng)的開發(fā)效率，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能，本文把虛擬儀

22、器及其開發(fā)環(huán)境引入遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)中，并發(fā)布虛擬儀器演示系統(tǒng)，增強(qiáng)遠(yuǎn)程診斷中心的技術(shù)示范性。為了加強(qiáng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測量功能，本文同時(shí)引入DataSocket技術(shù)。本文各部分內(nèi)容如下第一章緒論，回顧故障診斷的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢，說明基于Intemet故障診斷系統(tǒng)的重要意義，分析遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，明確本文的主要研究內(nèi)容。第二章遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)架，在詳細(xì)介紹遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，提出基于Intemet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。第三章現(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心，詳細(xì)論述建立現(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心的一般方法和開發(fā)工具。同時(shí)也介紹網(wǎng)絡(luò)測量和MIS系統(tǒng)在企業(yè)診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用。第四章

23、遠(yuǎn)程故障診斷中心的建設(shè)，介紹Intemet技術(shù)和分布式計(jì)算模型，并利用相應(yīng)技術(shù)開發(fā)遠(yuǎn)程故障診斷示范系統(tǒng)，同時(shí)提出專家會診環(huán)境的建設(shè)，探討遠(yuǎn)程診斷中心應(yīng)該具備的其它功能，如資料發(fā)布、技術(shù)論壇和虛擬儀器演示系統(tǒng)等。第四章是對振動沖擊噪聲實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程故障診斷中心建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。第五章總結(jié)和展望，總結(jié)本文的研究工作和成果，并對遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)作展望。第二章遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)架保障石化、冶金等流程工業(yè)中大型關(guān)鍵設(shè)備安全可靠并處于優(yōu)良運(yùn)行狀態(tài)，一直是機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。在多年來監(jiān)測與診斷系統(tǒng)研究和開發(fā)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外已先后推出了很多離線和在線的單機(jī)、主從機(jī)到分布式和網(wǎng)

24、絡(luò)化的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。在相當(dāng)?shù)某潭壬蠟槭?、冶金等流程工業(yè)的安全可靠生產(chǎn)起到了保駕護(hù)航作用，解決了不少生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。隨著信息時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)尤其是Internet幾乎滲透到了生產(chǎn)和生活的每一個角落，同時(shí)也為機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷帶來了全新的概念。首先，企業(yè)的信息化和自動化技術(shù)已成為提高企業(yè)自身竟?fàn)幜徒?jīng)濟(jì)效益的重要手段，成為企業(yè)參與國際競爭的技術(shù)保障;其次，利用基于Internet的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效地實(shí)現(xiàn)資源共享、專家異地會診和最優(yōu)分析;再次，基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷中心的建立可以方便地實(shí)現(xiàn)對企業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)和知識傳播。因此。在企業(yè)逐步推廣應(yīng)用網(wǎng)

25、絡(luò)化Ivus系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)取得成功的基礎(chǔ)上，對發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)提出了需求。2.1遠(yuǎn)程故障診斷發(fā)展概況基于Internet的遠(yuǎn)程協(xié)作診斷研究工作最先是從醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開始的，1988年開放式遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的概念在美國提出，人們普遍認(rèn)為一個開放式遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)應(yīng)包括遠(yuǎn)程診斷、專家會診、信息服務(wù)、在線檢測和遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)幾部分。1994年9月Sys Optics公司在美國國會山莊向克林頓總統(tǒng)演示了一個基于Internet的全國保健試驗(yàn)示范系統(tǒng):1995年1月美國俄克拉荷馬州的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)投入使用，它把54家鄉(xiāng)村醫(yī)院與州中心醫(yī)院聯(lián)系在一起，并通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將CT, X光片等病人臨床檢驗(yàn)結(jié)果送

26、到州中心醫(yī)院診斷，這樣病人在入網(wǎng)的任何一家鄉(xiāng)村小醫(yī)院就診都能得到專家級的診斷;國內(nèi)上海醫(yī)科大學(xué)在上海地區(qū)也建立了一個類似的遠(yuǎn)程診療系統(tǒng)比。設(shè)備故障診斷與人類的疾病診斷是相似的，從技術(shù)上說能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷也就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備診斷。遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷采用的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、信息傳輸方法和異地專家會診組織、實(shí)現(xiàn)形式等都可為遠(yuǎn)程設(shè)備診斷所采用和借鑒.2.1.1國外遠(yuǎn)程故障診斷發(fā)展概況美國西屋公司從1976年就開始了電站在線計(jì)算機(jī)診斷工作1，一1，1，1980年投入了一個小型的電機(jī)診斷系統(tǒng)，1981年進(jìn)行電站人工智能專家故障診斷系統(tǒng)的研究，1984年應(yīng)用于現(xiàn)場，后來發(fā)展成大型電站在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)(AID)，并建立

27、了Orlando故障運(yùn)行中心）。故障運(yùn)行中心通過專門的電話線與各電廠的數(shù)據(jù)中心相連，提供了對發(fā)電機(jī)組全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷。該診斷系統(tǒng)包括三個于系統(tǒng)：TurinAID、GCllHID和ChelnAID、三個子系統(tǒng)有各自的診斷規(guī)則，但是共享一個數(shù)據(jù)庫。電廠數(shù)據(jù)中心接收傳感器傳來的數(shù)據(jù)，計(jì)算出所需各種參數(shù)，供上層的診斷專家系統(tǒng)分析。TurbhaID用于診斷處理渦輪機(jī)的熱動力參數(shù)和機(jī)械振動參數(shù)；GenAID監(jiān)測并分析發(fā)電機(jī)的定子線圈和勵磁系統(tǒng)的參數(shù)；ChehaID用于實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)電系統(tǒng)的化學(xué)成分含量并作出相應(yīng)調(diào)整。通過DOC中心，可以看到分布在全美20多個電廠的數(shù)據(jù)信息淇中有2個核電站。法國電力部門（

28、EDF從 1978年起就在透平發(fā)電機(jī)上安裝離線振動監(jiān)測系統(tǒng)，到90年代初又提出了監(jiān)測和診斷支援工作站則Onitorillg and DigusiS Aid Statioul的設(shè)想。90年代中期，其專家系統(tǒng)PSAD及其DIVA子系統(tǒng)在透平發(fā)電機(jī)組和反應(yīng)堆冷卻泵的自動診斷上得到了應(yīng)用l”、”。丹麥的BK公司在90年代推出了新一代狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)一一一BK3450型COMPASS系統(tǒng)。日本三菱重工首先研制出機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（MHMS），并在多臺核電站和商業(yè)熱電站使用，后來又發(fā)展成帶診斷規(guī)則描述，以及采用模糊邏輯分析確定置信因素功能的振動診斷專家系統(tǒng)。 1997年1月，首屆基于Interne的工

29、業(yè)遠(yuǎn)程診斷研討會由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合主辦，有來自30個公司和研究機(jī)構(gòu)的50多位代表到會。會議主要討論了遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)連接開放式體系、診斷信息規(guī)程、傳輸協(xié)議，以及對用戶的合法限制，并對未來技術(shù)發(fā)展作了展望。會上確定由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院合作開發(fā)Internet的下一代遠(yuǎn)程診斷示范系統(tǒng),該項(xiàng)工作得到了制造業(yè)、計(jì)算機(jī)業(yè)和儀表業(yè)的Boeing、Ford、Segate、InM、SUN、ttP等12家大公司的支持和通力合作，并很快建立了一個限于合作者間的遠(yuǎn)程診斷示范體系Testbed。Testbed采用嵌入式Web組網(wǎng)，用實(shí)時(shí)JAVA和Bayesian Net實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息交換和診斷推理。從該項(xiàng)

30、目對開放內(nèi)容和項(xiàng)目組1997年底的研究總結(jié)報(bào)告來看，系統(tǒng)離實(shí)用還有很大距離。美國密西根大學(xué)(University of Michigan at Ann Arbor)也在積極開展針對機(jī)械加工的遠(yuǎn)程診斷和制造系統(tǒng)的研究工作并和UWM（University of Wisconsin at Milwaukee)合作，建立了智能維修中心IMS（Center for Intlligent Maintenance systems)。IMS中心的主要目標(biāo)是研究開發(fā)無線通訊和基于Web的預(yù)測維修技術(shù)，通過現(xiàn)代故障診斷技術(shù)使企業(yè)用民用工業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備盡可能達(dá)到零故障率。該中心目前下在開發(fā)用限評估設(shè)備失效的智能預(yù)警軟

31、件，如數(shù)字看門狗代理，也開發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，包括基于Internet的智能維修和事務(wù)決策支持系統(tǒng)。另外，IMS中心還將進(jìn)行自維修機(jī)器和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法和研究。 圖2l是IMS的演示系統(tǒng)，其網(wǎng)址是http:/demoicnscenternet該演示系統(tǒng)包括圓頭棒和細(xì)桿的遠(yuǎn)程監(jiān)測、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和利用三維攝像頭的遠(yuǎn)程監(jiān)測等。其中采用比較多的技術(shù)是Java Applet和AotiveX控仲。該系統(tǒng)主要用于演示和宣傳IMS的研究工作，因此在用戶交互性和可操作性方面有所欠缺。另外，許多國際組織，如MIMOSA(Machinery Information Management Open Systems A

32、lliance)Vibration Institute等，也紛紛通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備故障診斷咨詢和技術(shù)推廣工作，并制定了一些信息交換格式和標(biāo)準(zhǔn)。許多大公司在他們的產(chǎn)品中也加入了Internet功能，如BENTLY公司的計(jì)算機(jī)在線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)Data Manager 2000可以通過網(wǎng)絡(luò)動態(tài)數(shù)據(jù)交換則t DDE）的方式向遠(yuǎn)程終端發(fā)送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)； National InstrUInents公司在其虛擬儀器產(chǎn)品LabVIEW中新增了Internet模塊，可以通過WWW、Email、ITFI？方式發(fā)送測試數(shù)據(jù)。2.1.2 國內(nèi)遠(yuǎn)程故障診斷發(fā)展概況國內(nèi)遠(yuǎn)程故障診斷的研究和應(yīng)用也有了很大的進(jìn)步和發(fā)展

33、。山東電力科學(xué)研究院和清華大學(xué)等單位在1997年共同開發(fā)的“大型汽輪發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程在線振動監(jiān)測分析與診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”，通過網(wǎng)絡(luò)方式將維坊發(fā)電廠、石橫發(fā)電廠、鄒具發(fā)電廠等電廠的振動數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴綎|電力科學(xué)研究院遠(yuǎn)程診斷中心站，并通過中心站對振動數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的監(jiān)測分析與診斷。該故障診斷系統(tǒng)和遠(yuǎn)程中心站類似于美國西屋公司的AID系統(tǒng)及DOC中心，也取得了較好 的經(jīng)濟(jì)和社會效益。遠(yuǎn)程診斷中心的主要功能包括：1.通過Interne網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在線定期傳輸振動數(shù)據(jù)，可同時(shí)分析和診斷多臺機(jī)組 運(yùn)行的振動狀態(tài)；2.保存多臺機(jī)組振動的當(dāng)前、歷史和異常數(shù)據(jù)：3.具有人機(jī)交互的基本知識的專家系統(tǒng)診斷功能；4.對具有多種分析

34、與診斷的新理論、新方法和新軟件系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)運(yùn)行與檢驗(yàn)。華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院在Internet上建立了設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷中心，向國內(nèi)介紹遠(yuǎn)程診斷技術(shù)，并以技術(shù)示范的方式向用戶提供遠(yuǎn)程診斷服務(wù)。遠(yuǎn)程診斷中心開辦的免費(fèi)網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以為Interne用戶提供信號采集，信號分析和設(shè)備故障診斷服務(wù)：同時(shí)它也能從網(wǎng)上為在校學(xué)生開設(shè)工程測試與信號分析實(shí)驗(yàn)。它主要包括如下幾個部分：工程測試遠(yuǎn)程教育、Java診斷分析軟件、遠(yuǎn)程信號采集、遠(yuǎn)程信號分析和遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)。工程測試遠(yuǎn)程教育包括網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)上答疑教室和一些教程。通過網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以在Web頁上進(jìn)行信號分析和處理的各種實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室和遠(yuǎn)

35、程監(jiān)控通過ha技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。用戶通過操作Wgh頁面上的APPlot程序?qū)崿F(xiàn)在線的信號分析和遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程信號采集和遠(yuǎn)程信號分析通過CGI技術(shù)實(shí)現(xiàn)，用戶通過提交表單與服務(wù)器進(jìn)行交互式對話。華中理工大學(xué)設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷中心的網(wǎng)址是httpW滬StCtrlbusteducnderverserverhtm，其進(jìn)站畫面如圖22所示。華中理工大學(xué)遠(yuǎn)程診斷中心在Java技術(shù)與診斷技術(shù)結(jié)合方面比較成功，在實(shí)際應(yīng)用中初具成效，并與寶鋼合作開發(fā)了PZ精軋機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。同時(shí)，該中心還結(jié)合虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，豐富T APPIet程序的面板，也使LabVIEW程序得到了很好的應(yīng)用。但是，Java程序在客戶端

36、的運(yùn)行受到不少的限制，例如不能讀寫文件，制約了客戶端功能的擴(kuò)展。該中心的遠(yuǎn)程信號分析系統(tǒng)由用戶按規(guī)定的劇本語言編寫任務(wù)劇本，然后上傳到服務(wù)器解釋執(zhí)行，這種方法缺乏靈活性，操作也不方便。西安交通大學(xué)軸承所建立了網(wǎng)上遠(yuǎn)程診斷與處理支持中心，其目標(biāo)是在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、分析和診斷；在網(wǎng)上提供人員培訓(xùn)和及時(shí)技術(shù)支持等。該中心網(wǎng)址是：/,圖2-3為其進(jìn)站頁面。該中心的功能模塊包括:遠(yuǎn)程信號分析與故障診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)上載、遠(yuǎn)程維修、多媒體教學(xué)和知識庫。信號分析包括幅值譜、功率譜和相關(guān)分析等經(jīng)典信號處理以及短時(shí)傅立葉變換和小波分析等現(xiàn)代信號處理;故障診斷方

37、面開發(fā)了帶學(xué)習(xí)功能的智能診斷控件和基于模糊的診斷系統(tǒng);遠(yuǎn)程維修提供了常用工程機(jī)械的維修方法:多媒體教學(xué)以挖掘機(jī)維修為例，把維修過程做成影像文件，供用戶觀摩;知識庫提供了常見機(jī)械設(shè)備故障的征兆特征?？傮w上，西安交通大學(xué)遠(yuǎn)程診斷與處理支持中心不僅在工程實(shí)際應(yīng)用方面見長，而且在信號分析和智能診斷方面也有獨(dú)到的地方。哈爾濱工業(yè)大學(xué)動力工程控制與仿真研究所也開展了遠(yuǎn)程故障診斷的研究工作，并與錦州電廠、哈爾濱第三發(fā)電廠合作，實(shí)現(xiàn)了對兩家電廠發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷，同時(shí)在Intemet上建立了遠(yuǎn)程故障診斷中心.通過訪問診斷中心的主頁，用戶可以查看兩家電廠各六臺機(jī)組的趨勢圖、數(shù)據(jù)表格、模擬圖和棒圖等。該診斷

38、系統(tǒng)顯示診斷數(shù)據(jù)主要采用Java技術(shù)，顯示圖表則采用CGI技術(shù)輸出JPEG圖形。發(fā)布于Intemet的診斷系統(tǒng)目前限于對上述兩家電廠的機(jī)組進(jìn)行診斷，普通用戶可以瀏覽系統(tǒng)。國內(nèi)其它高校如天津大學(xué)、浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)和南京航空航天大學(xué)都在進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷的研究和開發(fā)工作，并向國外先進(jìn)水平看齊。同時(shí)BENTLY等大公司也紛紛將他們最新的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品推向中國市場，這對增進(jìn)我國學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備故障診斷意識和提高我國的設(shè)備故障診斷水平也起到了積極的促進(jìn)作用。2.1.3振動、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程診斷中心上海交通大學(xué)振動、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室很早就開展了故障診斷的研究工作，

39、并積累了豐富的技術(shù)方法和經(jīng)驗(yàn)。國內(nèi)Intemet興起之初，實(shí)驗(yàn)室就著手進(jìn)行基于Intemet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的研究開發(fā)工作，并在Intemet上設(shè)立了遠(yuǎn)程診斷站點(diǎn)，以技術(shù)示范的方式普及設(shè)備故障診斷技術(shù)。截至目前為止，遠(yuǎn)程診斷中心站點(diǎn)己經(jīng)初具規(guī)模，功能方面包括用戶管理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果報(bào)告輸出和虛擬儀器演示等，同時(shí)建立了學(xué)術(shù)論壇、FTP站點(diǎn)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集演示系統(tǒng)等。與國內(nèi)外各遠(yuǎn)程診斷中心相比，振動、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程診斷中心具有如下突出優(yōu)勢:1.完善的用戶管理系統(tǒng)目前系統(tǒng)用戶分為三種類型:普通用戶、診斷專家和管理員。普通用戶可以在線免費(fèi)注冊，診斷專家由管理員指定。管理員可以增加刪除用戶

40、、修改用戶權(quán)限。視診斷工作的需要，普通用戶還可進(jìn)一步分化為免費(fèi)用戶和收費(fèi)用戶。通過用戶管理系統(tǒng)，大大增加了遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的可操作性，用戶擁有自己的數(shù)據(jù)空間和報(bào)警記錄報(bào)告。通過診斷專家用戶，可以開展實(shí)際的遠(yuǎn)程診斷活動。2.強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)通過ActiveX控件技術(shù)把各種數(shù)據(jù)分析控件嵌入到網(wǎng)頁中，并用ASP技術(shù)結(jié)合后臺數(shù)據(jù)庫，可進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)的管理和時(shí)域分析、頻域分析、差譜分析、包絡(luò)分析、棒圖分析、瀑布譜陣圖分析和趨勢分析。其它遠(yuǎn)程診斷站點(diǎn)也提供數(shù)據(jù)分析功能，但是它們很少把數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理、用戶管理結(jié)合起來，只是孤立的數(shù)據(jù)分析。很難進(jìn)行實(shí)際的故障診斷。振動、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程

41、診斷系統(tǒng)把各數(shù)據(jù)分析模塊聯(lián)系起來，并通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)保存豐富的歷史數(shù)據(jù)，可為診斷工作的開展提供可靠的依據(jù)。結(jié)果報(bào)告功能是其它診斷站點(diǎn)所不具有的，它包括綜合測量報(bào)告、趨勢分析報(bào)告和報(bào)等記錄報(bào)告。3.獨(dú)具特色的虛擬儀器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器系統(tǒng)是振動、沖擊、噪聲、實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程診斷中心的一大特色?；诰W(wǎng)絡(luò)平臺的虛擬儀器是把PC為主的虛擬儀器看成單一結(jié)點(diǎn)，然后在Internet/Intranet上互連起來，這種連接方法給檢測儀器行業(yè)帶來巨大的機(jī)會。網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的測量儀器的特點(diǎn)是，人們可以把信息系統(tǒng)和測量系統(tǒng)通過Internet或Intranet無縫地連接起來，做到資源共享。網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器將是儀器發(fā)展的新方向。

42、振動、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程診斷中心展示了以信號分析為主要功能的虛擬儀器系統(tǒng)，包括簡易信號發(fā)生儀、虛擬汽車振動測試系統(tǒng)、三維圖形演示系統(tǒng)、低通濾波演示系統(tǒng)、非線性擬合演示系統(tǒng)和DataSocket技術(shù)演示系統(tǒng)?？傊?，振動、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)與國內(nèi)外的相關(guān)站點(diǎn)相比，具有實(shí)際可操作性強(qiáng)、技術(shù)示范全面等優(yōu)點(diǎn)。目前實(shí)驗(yàn)室正在積極籌劃建立智能診斷專家系統(tǒng)和專家會診環(huán)境等，預(yù)計(jì)上海交通大學(xué)振動、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程故障診斷中心將建設(shè)成國內(nèi)一流的診斷服務(wù)中心。在本文第五章中，將詳細(xì)介紹該遠(yuǎn)程故障診斷中心的建設(shè)情況。2.2.2基于Intemet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)組成從設(shè)備故障

43、診斷技術(shù)的誕生到現(xiàn)在的幾十年中，產(chǎn)生了許多診斷程序和系統(tǒng)。但大多數(shù)已有的診斷系統(tǒng)都是面向單臺或單一類型的設(shè)備。隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，設(shè)備越來越復(fù)雜，并且分散在各地，單一的、各自獨(dú)立的監(jiān)測與診斷系統(tǒng)已不能適應(yīng)。于是分布式監(jiān)測與診斷系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這種系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，把分布在各處的傳感器與各種服務(wù)管理站點(diǎn)聯(lián)系起來。分布式監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的絕大多數(shù)目前運(yùn)行在局域網(wǎng)上，具有一定的地域局限性.設(shè)想兩個設(shè)備情況相似的制造企業(yè)由于無法聯(lián)成一個局域網(wǎng)而必須各自擁有一套功能相似的診斷軟、硬件系統(tǒng)，這樣的資源浪費(fèi)將是巨大的，并且可能造成重復(fù)開發(fā)的問題。Internet的出現(xiàn)為這類問題的解決提供了一個機(jī)會。在In

44、ternet上，地域的差別幾乎被抹除，世界上任何一個角落幾乎都可以從網(wǎng)上到達(dá)。Internet在人們之間、企業(yè)之間架起一座橋梁，使信息的流量得到空前的提高。Internet最大的貢獻(xiàn)是資源共享，這其中也包括診斷資源。在企業(yè)內(nèi)部建立設(shè)備監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并通過Internet遠(yuǎn)程調(diào)用遠(yuǎn)程診斷服務(wù)中心的診斷資源，就形成了基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)做到了資源共享，能避免重復(fù)開發(fā)，同時(shí)它能互通有無，解決了以前在極有限的資源(局域網(wǎng))下很難解決的問題。一個完整的基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)除了數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)外，主要由三個子系統(tǒng)組成(231:現(xiàn)場工作站、企業(yè)監(jiān)測中心和遠(yuǎn)程診斷中心。

45、其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示在圖2-4所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，多個測點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)集成到現(xiàn)場工作站，多個現(xiàn)場工作站把獲得的數(shù)據(jù)匯總到企業(yè)監(jiān)測中心進(jìn)行綜合分析和監(jiān)測，多個企業(yè)監(jiān)測中心又把部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷中心進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和專家診斷。因此基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了“集成”的思想241，它合理利用了各種診斷分析資源，盡可能地減少了重復(fù)建設(shè)的成本。同時(shí)通過“集成”，可以更好地綜合系統(tǒng)各部分的特征數(shù)據(jù)，作出最為科學(xué)的分析診斷結(jié)論。現(xiàn)場工作站位于企業(yè)機(jī)械設(shè)備現(xiàn)場，企業(yè)監(jiān)側(cè)中心一般位于企業(yè)機(jī)房或數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心通過企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)(Intranet)相連，企業(yè)監(jiān)測中心則經(jīng)過防

46、火墻后通過Internet與遠(yuǎn)程故障診斷中心相連。遠(yuǎn)程故障診斷中心一般位于技術(shù)力量較強(qiáng)的科研院所，本文中，遠(yuǎn)程診斷中心位于上海交通大學(xué)振動、沖擊、噪聲實(shí)驗(yàn)室?；贗ntemet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，遠(yuǎn)程故障診斷中心建成后，可以增加多個企業(yè)監(jiān)測中心與之相連。1. 現(xiàn)場工作站現(xiàn)場工作站的主要功能是數(shù)據(jù)采集、信號預(yù)處理、應(yīng)急控制和臨時(shí)數(shù)據(jù)保存?，F(xiàn)場工作站包括DAQ, DSP, VXI, GPIB等數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理裝置以及配套的控制、信號分析軟件。該軟件能支持正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、升降速運(yùn)行和報(bào)等運(yùn)行等不同的設(shè)備工作狀態(tài)，支持振動、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力和流量等不同種類信號的輸入，并在DSP的協(xié)助下完

47、成實(shí)時(shí)信號分析與處理?，F(xiàn)場工作站對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并監(jiān)測敏感參數(shù)的變動，在參數(shù)處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)采取應(yīng)急措施。預(yù)處理后的數(shù)據(jù)送企業(yè)監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫保存起來。同時(shí)，現(xiàn)場工作站把采集來的數(shù)據(jù)通過循環(huán)寫入的方式保存在本地硬盤，當(dāng)機(jī)器設(shè)備出現(xiàn)災(zāi)難性的故障時(shí)，可以從該硬盤中讀取發(fā)生故障前設(shè)備的最近運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而確定故障原因，起“黑匣子”作用。2. 企業(yè)監(jiān)測中心企業(yè)監(jiān)測中心包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)測診斷服務(wù)器、管理服務(wù)器和Web服務(wù)器等，負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析、初級故障診斷和結(jié)果報(bào)告的輸出(包括棒圖分析、趨勢分析、包絡(luò)分析、差頻分析和時(shí)頻分析等)。企業(yè)監(jiān)測中心與若干臺現(xiàn)場工作站構(gòu)成了企業(yè)內(nèi)部的分布式監(jiān)測與

48、診斷網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)的管理信息系統(tǒng)(MIS)、設(shè)備管理系統(tǒng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)辦公決策自動化，提高整個系統(tǒng)的收益。企業(yè)監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)起著舉足輕重的作用，它保存整個企業(yè)各臺設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，為故障診斷提供可靠的不可或缺的依據(jù)。故障的產(chǎn)生是一個長期過程，進(jìn)行精確的故障診斷必須有充足的歷史數(shù)據(jù).企業(yè)診斷中心保存現(xiàn)場工作站傳來的數(shù)據(jù)，工作人員每隔一段時(shí)間整理數(shù)據(jù)庫，并且把過于陳舊的數(shù)據(jù)備份起來后清理掉，為新的數(shù)據(jù)保存提供空間。對于復(fù)雜的設(shè)備故障，企業(yè)監(jiān)測中心可以把部分重要數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程診斷中心，請求作深入的分析和診斷。3.遠(yuǎn)程故障診斷中心遠(yuǎn)程故障診斷中心提供專家診斷服務(wù)和技術(shù)資料發(fā)布。專家診斷既包括一

49、套權(quán)威的專家診斷系統(tǒng)，也包括實(shí)時(shí)的專家會診環(huán)境.專家診斷系統(tǒng)包含了信號分析、特征提取以及人工智能等各種技術(shù)。為了達(dá)到技術(shù)示范性和系統(tǒng)開放性的目標(biāo)，診斷系統(tǒng)發(fā)布在Internet上，普通用戶都可訪問。專家會診環(huán)境通過網(wǎng)絡(luò)會議(NetMeeting)召集行業(yè)內(nèi)專家對重要設(shè)備進(jìn)行會診。世界各地的診斷專家可以應(yīng)遠(yuǎn)程診斷中心的邀請參加會診。參加者在NetMeeting中呼叫遠(yuǎn)程診斷中心的服務(wù)器，經(jīng)服務(wù)器認(rèn)可后，即可得到會診過程的各方信息。遠(yuǎn)程診斷中心保存的數(shù)據(jù)，對于科學(xué)研究也是一批寶貴的財(cái)富。高等院校的最新研究成果(如最新的分析診斷方法和理論等)能利用遠(yuǎn)程診斷中心保存的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)、學(xué)

50、、研相結(jié)合，大大減少實(shí)驗(yàn)成本。因此遠(yuǎn)程診斷中心一方面作為數(shù)據(jù)中心對外提供服務(wù)。作為一個研究開發(fā)基地，遠(yuǎn)程診斷中心也作為一個診斷軟件發(fā)布點(diǎn)。信號處理和故障診斷的軟件主要由遠(yuǎn)程故障診斷中心研究開發(fā)，發(fā)布在遠(yuǎn)程診斷中心Web服務(wù)器上，企業(yè)可通過Internet下載安裝相應(yīng)軟件。這樣可大大減少診斷軟件的發(fā)布成本、提高軟件更新速度。2.2.3本章小結(jié)本章介紹了遠(yuǎn)程故障診斷的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，重點(diǎn)介紹了IMS中心、華中理工大學(xué)遠(yuǎn)程故障診斷中心和西安交通大學(xué)遠(yuǎn)程診斷與處理支持中心的建設(shè)情況，并介紹了上海交通大學(xué)振動、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程診斷中心的基本情況，最后提出了由現(xiàn)場工作站、企業(yè)監(jiān)測中心和遠(yuǎn)程診斷

51、中心構(gòu)成的基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在接下來的各章中，將詳細(xì)探討基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)各部分的實(shí)現(xiàn)方案。第三章介紹現(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心的診斷技術(shù)和軟硬件實(shí)現(xiàn)，第四章介紹遠(yuǎn)程故障診斷中心的建設(shè)情況。第三章現(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心現(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心都位于企業(yè)內(nèi)部?，F(xiàn)場工作站由網(wǎng)絡(luò)化的高性能數(shù)據(jù)采集器所構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)對設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理等工作，企業(yè)監(jiān)測中心主要負(fù)責(zé)對下屬現(xiàn)場工作站的控制及管理，同時(shí)負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)加工、處理與分析、特征提取以及常規(guī)故障診斷等工作?，F(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心關(guān)系密切，在分析功能方面投有明確的界定，根據(jù)需要某些分析功能

52、可以從企業(yè)監(jiān)測中心轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場工作站進(jìn)行。因此本文把現(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心合為一章來闡述?，F(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心的結(jié)構(gòu)如圖31所示。其中企業(yè)監(jiān)測中心包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)測診斷服務(wù)器、管理服務(wù)器和Web服務(wù)器。同時(shí)企業(yè)監(jiān)測中心與企業(yè)管理信息系統(tǒng)則阻炯絡(luò)相互連接，形成主產(chǎn)管理一體化的工廠全方位網(wǎng)絡(luò)，有利于管理水平的提高。從圖3l可以看到，現(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心是一個分布式監(jiān)測診斷系統(tǒng)。3l現(xiàn)場工作站與企業(yè)監(jiān)測中心故障診斷技術(shù)方法慨述現(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心直接面對生產(chǎn)實(shí)踐中的機(jī)械設(shè)備，負(fù)擔(dān)了傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的絕大部分功能，在遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)中處于關(guān)鍵的地位?，F(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心的故障診斷過程，

53、采用了常規(guī)的故障診斷原理和技術(shù)，也結(jié)合了最新的故障診斷方法。3.1.1故障診斷的一般流程故障診斷技術(shù)是一種了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是否正常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。在診斷過程中，必須利用被診斷對象所表現(xiàn)出來的各種有用信息，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗头治鰪亩@得最能識別設(shè)備狀態(tài)的特征參考，以便作出正確的診斷結(jié)論。設(shè)備診斷技術(shù)的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和故障預(yù)測三個方面，其具體實(shí)施過程可以歸納為以下四個方面:信號采集 設(shè)備在運(yùn)行過程中必然會有力、熱、振動及能量等各種量的變化，由此會產(chǎn)生不同的信息。我們應(yīng)根據(jù)不同診斷的需要，選擇能表征設(shè)備工作狀態(tài)的不同信號(

54、如振動、壓力、溫度等)作為狀態(tài)信號初始模式，并采用合適的傳感器和測量方法來采集信號。信號處理 將采集到的信號進(jìn)行分類處理、加工，獲得能表征機(jī)器特征的過程，也稱為特征提取過程，如對振動信號在時(shí)域和頻域上的分析。狀態(tài)識別 將經(jīng)過信號處理后獲得的設(shè)備特征參數(shù)與規(guī)定的允許參數(shù)或判別參數(shù)進(jìn)行比較和對比，以確定設(shè)備所處的狀態(tài)、是否存在故障或故障的類型和性質(zhì)等。為此應(yīng)指定相應(yīng)的判別準(zhǔn)則和診斷策略。診斷決策 根據(jù)對設(shè)備狀態(tài)的判斷，決定應(yīng)采取的對策和措施，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前信號和歷史數(shù)據(jù)預(yù)測設(shè)備狀態(tài)可能發(fā)展的趨勢，進(jìn)行趨勢分析。3.1.2 信號采集在機(jī)械設(shè)備故障診斷中，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息是進(jìn)行診斷

55、分析的前提。圖3-2顯示了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與外部世界的關(guān)系。傳感器把物理信號轉(zhuǎn)換成電信號(電壓或電流);信號調(diào)理處理能夠?qū)ξ⑷跣盘栠M(jìn)行放大、光電隔離、濾波等處理，以便更精確和更安全地測量;當(dāng)輸入信號被適當(dāng)調(diào)理后，即可輸給數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行模擬/數(shù)字(AJD)轉(zhuǎn)換。其中模/數(shù)(AID)轉(zhuǎn)換過程具體包括:采樣、量化、編碼等環(huán)節(jié)，工作原理圖如3-3所示采樣是利用脈沖序列p(t) )，從連續(xù)時(shí)間信號x(t)中抽取一系列離散值，使之成為采樣信號x(nAt)的過程(。=0,1,2.), At為采樣間PA, f, =11At，稱為采樣頻率;量化又稱幅值量化，是把采樣信號x(nAt)經(jīng)過截尾或舍入的方法變?yōu)橹挥杏邢迋€

56、有效數(shù)字的過程。設(shè)信號x(t)可能出現(xiàn)的最大值為A，將其等分為D個間隔，則每個間隔的長度為d A=AID, d A稱為量化增量或量化步長。量化大小一般取決于AID轉(zhuǎn)換器位數(shù)。例如，8位的AID卡，其dA為其幅值范圍的11256。編碼是將離散幅值經(jīng)過量化后變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字，以便計(jì)算機(jī)可以識別。信號x(t)經(jīng)過上述變換以后，即成為時(shí)間上離散、幅值上量化的數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)過分析處理后。有時(shí)還需要復(fù)原為連續(xù)信號，以便于觀測和紀(jì)錄。這時(shí)則需要采用DIA轉(zhuǎn)換器，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號hot要使采樣后的信號真實(shí)反映采樣前的信號，采樣頻率必須大于2倍的信號頻率這就是采樣定理，或Nyquist定理。根據(jù)該定

57、理，在實(shí)際采樣時(shí)應(yīng)注意如下兩點(diǎn):1.采樣前用一抗混低通濾波器對連續(xù)信號進(jìn)行濾波，去掉不感興趣的高于2.采樣頻率應(yīng)滿足此外在采樣點(diǎn)數(shù)的選取上，為了頻域分析時(shí)計(jì)算FFT的方便，采樣點(diǎn)數(shù)一般取為2的冪數(shù)，如512, 1024, 2048等，許多信號分析設(shè)備取為1024點(diǎn)。測量過程中的噪聲是影響測量精度的主要原因。常用的降噪的方法包括使用屏蔽和雙絞信號線、平均、濾波和差分輸入等。在這些方法中有一些是用來防止噪聲干擾進(jìn)入測量系統(tǒng)，另一些是從信號中消除噪聲。從信號中消除噪聲的主要技術(shù)方法有.1.平均.對于多次采樣的信號，可以采用時(shí)域同步平均的方法，經(jīng)過平均后，信號的噪聲大致可以降低為平均次數(shù)的平方根倍。平

58、均是一種有效的降噪方法，但也有一些缺點(diǎn)，一般只適用于低速的應(yīng)用。另外，平均只對降低隨機(jī)噪聲有效，不能用于降低系統(tǒng)噪聲(如電源開關(guān)引起的周期噪聲)。2.模擬濾波器。模擬濾波器是一種模擬電路，用于削弱特定頻率范圍的輸入信號。模擬濾波器包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器等，為了取得更好的效果，可以使用多級濾波器，但多級濾波器可能產(chǎn)生相移，影響其使用。3.差分電壓測量。大多數(shù)情況下，模擬輸入的高輸入端噪聲與低輸入端噪聲是一樣的，這種噪聲稱為共模噪聲，測量兩輸入端之間的電壓可以消除共模噪聲。本文中，數(shù)據(jù)采集任務(wù)由現(xiàn)場工作站完成。3.1.3故障診斷中的信號分析信號或動態(tài)數(shù)據(jù)的處理與分析，是設(shè)備故障診斷的前提和基礎(chǔ)。有效的分析處理這些信號，提取特征信息，建立它們和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)之間的聯(lián)系，是設(shè)備故障診斷的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場工作站和企業(yè)監(jiān)測中心將分別擔(dān)負(fù)不同的數(shù)據(jù)分析功能。 實(shí)際測量所獲得的信號一般都是時(shí)域信號，為了進(jìn)一步獲得便于分析的特征信息，往往需要將時(shí)域信號轉(zhuǎn)換到其它分析域進(jìn)行分析，如幅值域(均值、方差、均方差、概率密度函數(shù)和分布函數(shù)等)、時(shí)延域(自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù))、頻域(頻譜函數(shù)、互譜函數(shù)、頻響函數(shù)和