机械制造设备远程监控与故障诊断技术袁楚明,陈幼平,周祖德 摘要:概述了设备状态监控与故障诊断的发展过程和基于In ternet 的制造设备远程诊断技术研究现状;提出了制造设备远程监控与诊断系统的网络体系结构,介绍了远程诊断的基本原理与工作模式;讨论了实现远程监控与诊断的关键技术问题。

关键词:制造设备;远程监控与诊断;In tenet 收稿日期:1999-10-30基金项目:高校博士点专项基金、湖北省自然科学基金资助项目Abstract :In th is paper ,the develop ing p rocess of m on ito ring and disgno sis fo r m anufactu ring e 2qu i pm en t is review ed and the state of art of In ter 2net based rem o te m on ito ring and diagno sis is b riefly istroduced .T he netw o rk arch itectu re of re 2m o te m on ito ring and diagno sis is p resen ted ,and the p rinci p les and op erating m odels of rem o te diag 2no sis are discu ssed .Som e key techno logies fo r the realizati on are also p resen ted .Key words :m anufactu ring equ i pm en t ;rem o te m on ito ring and diagon sis ;in ternet中图号分类:T P 277文献标识码:A文章编号:1001-2257(2001)02-0054-00040　引言设备状态监控与故障诊断作为现代先进制造技术与系统的一个重要环节,其研究已经取得了很大的进展。

状态监控与故障诊断是一门涉及多学科的综合性学科问题,随着相关技术的发展,它大致经历了以下几个发展阶段:a .以多用户联机、集中式控制为特征的单机监控与诊断系统,这是第一代监控与诊断系统。

这时的监测与诊断系统主要是针对某一特定被监测的机器而设计的,它主要由1台计算机和1块或多块功能模板构成,信息的交换与处理仅限于监测与诊断系统内部,因而是一种封闭式的系统。

b .以局域网络、集散化控制为特征的分布式监控与诊断系统。

它主要是针对大型机电设备主机和多辅助功能分布和地域分布的特点,通过工业局域网把分布于各个局部现场,独立完成特定功能的本地计算机互联起来,以实现资源共享、协同工作、分散监测和集中操作、管理与诊断功能的工业计算机网络系统,这是基于工业局域网的相对开放的系统,监控信息的处理在局域网内部进行。

c .进入90年代后期,随着计算机技术和信息技术的发展,特别信息高速公路的开通,监控与诊断已经步入发展的第三阶段——I N T ERN ET 阶段。

基于I N T ERN ET 的远程监测与诊断是设备诊断技术和计算机网络技术的有机融合,是设备故障诊断技术发展的崭新阶段。

它以若干台中心计算机作为服务器,在企业的重要关键设备上建立状态监测点,采集设备状态数据;在技术力量较强的科研机构建立远程诊断分析中心,为企业提供远程技术支持。

企业的生产设备一旦出现异常,其状态监测服务器即向远程诊断中心服务器申请在线技术支持,同时以电子邮件的方式向有关专家发出离线会诊请求,在短时间内调动入网的所有资源,实现对设备故障的及时诊断与维修。

基于I N T ERN ET 的远程监测与诊断技术已引起国内外学者的广泛关注和重视,并投入了大量的人力、物力进行研究。

如美国斯坦福大学和麻省理工学院合作开展“基于I N T ERN ET 的下一代远程诊断示范系统”的研究,该项工作得到了Boeing 、Fo rd 等10多家大公司的支持与合作,并很快建立了一个面向半导体制造设备的基于I N T ERN ET 的远程诊断原型系统。

美国密执安大学也在进行机械加工的远程诊断与制造系统的研究工作。

澳大利亚联邦科技与工业研究组织(CS I RO )将远程诊断纳入“智能制造系统计划——面向21世纪的全球制造”项目的重要研究内容之一,其应用对象直接面向CN C 平板切割机床。

紧跟国际步伐,我国一些单位也已经开展了制造设备远程诊断的研究工作,如同济大学以上海大众汽车冲压生产线为研究对象,初步实现了一个面向制造企业的工业现场远程监控诊断系统。

北京理工大学、南京航空航天大学等也在开展基于I N T ERN ET 的FM S 远程故障诊断的研究。

总之,设备远程监测与诊断已成为当今设备诊断技术的一个研究热点。

1　远程监控与诊断的基本原理1.1　远程监控与诊断系统的总体结构机械制造设备远程监控与诊断系统的网络体系结构,如图1所示。

图1　机械制造设备远程监控与诊断系统网络体系结构它主要由各厂区(车间)的现场监测诊断子系统、数据通信网络和远程诊断中心构成。

现场监测诊断子系统由信息采集系统、工控PC 机和相关的软件系统组成,其主要功能是通过具有良好用户界面的诊断系统,对设备运行状况进行在线实时监测与诊断,产生比较详细的诊断结果示例与诊断结果报表,并可以对现场数据进行统计分析。

同时,可以对实时监测的信息进行采集、存储和处理,监测信息经过处理后变成可以进行远距离网络传输的形式,通过联网,向远程诊断中心服务器发送有关数据和诊断请求报告。

远程诊断中心为设在某一领域或单位的故障诊断专家组成的虚拟诊断中心,主要由远程诊断服务器和所开发的远程诊断软件系统组成,以W I NDOW N T 作为网络运行环境。

其主要功能包括:a .在线实时远程获取设备运行的PL C 状态数据,对设备的运行故障实现远程在线诊断。

b .对异地传输来的监测信息进行处理、分析,综合各专家意见,得出诊断结果并给出对策。

c .对设备停机故障提供远程在线诊断指导以及故障排除后设备快速恢复操作指导。

d .保存现场设备的当前、历史的状态数据,供诊断维护决策之用。

e .提供对操作与维修人员的远程技术培训和在线操作培训。

f .可以提供对多种分析与诊断的新理论、新方法和新软件系统进行开发、运行和验证,以便能够将最新的科技成果应用于生产实际。

远程诊断专家可以是人,也可以是诊断专家系统。

从图中可以看出,监测信息的流向为现场监测子系统—企业局域网—I N T ERN ET —远程诊断中心—诊断专家,而诊断结果的流向则相反。

远程故障诊断可以是按照点对点方式,即现场监测子系统M ——诊断专家;也可以实现点对多点方式,即现场监测子系统M ——多个专家。

这两种方式分别对应了单一专家诊断和多个专家会诊这两种诊断形式。

1.2　远程监控与诊断系统的工作模式远程监控与诊断系统有以下两种诊断工作模式:a .本地诊断。

当被监测设备或子系统发生故障时,通过安装在设备底层的信息采集装置对故障信息进行采集、处理,并发送至本地故障诊断专家系统,利用诊断推理机进行诊断,确定故障原因。

这也是传统的故障诊断方式,当本地诊断不能解决问题时,可以申请进行异地远程诊断。

b .异地远程诊断。

异地远程诊断分为两种模式:实时诊断和Em ail 诊断。

这两者的主要区别在于实时诊断时专家可以通过视讯会议系统与其他专家及现场监测人员一起实时讨论,并可根据需要进行实时监测,然后给出诊断结论。

而Em ail 诊断时,专家以现场监测系统传输过来的信息为依据进行分析判断,以Em ail 方式将诊断结果反馈至诊断现场。

实时诊断模式的工作过程如下:a .现场监测系统将监测信息及诊断申请报告传至远程诊断中心。

b .诊断中心确定实时诊断时间,并通知现场监测系统及有关专家。

c .在约定的协同诊断时间内,各专家和现场监测人员通过视讯会议系统进行会诊讨论和实时监测。

d.诊断专家根据协同诊断情况及监测信息作出诊断结论并发送到现场。

Em ail诊断模式的工作过程如下:a.现场维护人员将监测信息及诊断申请报告通过Em ail或ftp方式传至远程诊断中心。

b.诊断中心将信息分配给有关专家进行诊断。

c.诊断专家根据对监测信息的分析、处理,得出诊断结果和维修建议,并通过Em ail的方式发送到监测现场。

2　远程监控与诊断实现的关键技术为了在I N T ERN ET环境下有效地实现远程监控与诊断,除了实现传统的监控与故障诊断系统相关技术之外,还涉及到以下关键技术:2.1　基于W eb的数据库技术,以数据库的形式存放在远程诊断中心的W eb服务器上或者与W eb服务器相连的数据库服务器上,用户在客户端通过运行通用的W eb浏览器来使用远程诊断系统并访问远程数据库。

在W eb服务器与数据库服务器之间存在着一个非常重要的环节,即“中间件(m id2 dle w are)”,因此,实现W eb服务器与数据库的接口问题是建立远程诊断的一项关键技术。

它通常有以下几种方法:a.基于服务器应用程序的方法。

这种方法是在诊断中心W eb服务器端编写应用程序,实现用户与W eb的交互以及W eb与数据库的交互,典型的方式有CG I、A SP、PH P等。

b.基于服务器描述脚本的方法。

这一方法类似第一种方法,但它不需要编写CG I程序,而是利用专用的DB Sever实现数据库与W eb的连接。

开发者只需编写SQL或相近的数据库查询脚本,将其嵌入H TM L即可。

c.基于客户应用程序的JDBC方法。

JDBC是Java语言与SQL数据库互联的,基于SQL调用接口的规范,它给Java程序设计人员提供了与多种关系数据库的统一接口。

其原理是客户连上W eb后,从W eb下载一个A pp let小程序,然后通过这个小程序直接与后端数据交互,即WWW客户机←→WWW服务器←→A pp let小程序←→JDBC←→DB 后台数据库,这一方法的最大优点是平台和环境的无关性。

2.2　数据压缩与传输技术远程诊断系统在应用过程中需要进行大量的以数据、声音和图像为主的信息存储和传输,这些信息在远距离传输时占用频带宽,损耗大,造成成本昂贵。

因此,如何在保证声音、图像质量的前提下,寻求一种有效的压缩算法,以期将声音、图像数据压缩到最低,是一个关键的技术问题。

远程诊断的故障信息中包括数据信号、音频信号、视频信号及控制信号等,这些不同类型的信号有不同的传输特征和要求。

它们要借助于通信网络进行传输,而现实的通信网络多种多样,并不是所有的传输信道都能满足对压缩后的故障信号的传输要求。

为满足传输的图像高清晰度、动态实时的要求,数字化的数码传输率至少在384kb s以上。