基于Internet的遠程機械故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)

1、基于Internet的遠程機械故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)摘 要隨著信息時代的到來，計算機網(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，同時也為機械設(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的遠程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效地實現(xiàn)資源共享和專家異地會診;再次，基于Intemet的遠程故障診斷中心的建立可以方便地實現(xiàn)對企業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)和知識傳播?；贗ntemet的遠程故障診斷系統(tǒng)把通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(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)測中心和遠程診斷中心。現(xiàn)場工作站負責(zé)對設(shè)備進行數(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)進行開發(fā)。現(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)測中心負責(zé)控制及管理現(xiàn)場工作站，同時負責(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)信息及時反映到企業(yè)決策層。企業(yè)監(jiān)測中心通過Internet與遠程故障診斷中心相連。遠程診斷中心負責(zé)專家會診環(huán)境管理、診斷專家系統(tǒng)管理與維護以及信息發(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)果報告和專家診斷等功能的遠程診斷示范系統(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進行遠程數(shù)據(jù)存取擴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上進行實時音、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)投資出了遠程專家會診系統(tǒng)，為遠程故障會診的開展打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:遠程診斷，Internet，虛擬儀器，網(wǎng)絡(luò)測量，遠程會診，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，機械設(shè)備工作強度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動化程度越來越高，同時設(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“挑戰(zhàn)者”號墜毀。英國Thomas在1984年發(fā)表論文認為，對大型汽輪發(fā)電機組進行振動監(jiān)視，其獲利和投資的比例為17:1。由此可見對機械設(shè)備，特別是關(guān)鍵設(shè)備部件實行狀態(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)故障機理研究組、監(jiān)測診斷預(yù)測技術(shù)組、可靠設(shè)計組和材料耐久性評價組。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行監(jiān)測、鍋爐和管道的無損檢測以及程序的可靠性評價技術(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年基本上進入了實用階段，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)部運營工作為中心開展了高水平的實用項目研究，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)機械故障診斷方面開展了卓有成效的工作，該公司推出的“機械保健系統(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)、計算機技術(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)。各種先進的技術(shù)在機械故障診斷中都找到了用武之地，例如，計算機模擬、動態(tài)信號處理、機械圖象分析、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，機械設(shè)備故障診斷的原理和方法將會繼續(xù)在一些對機器故障十分敏感的領(lǐng)域，如飛機發(fā)動機、航天、化工機械、船舶發(fā)動機等方面得到應(yīng)用，并逐漸推廣到其它一些機械行業(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)計理論的指導(dǎo)下發(fā)展完善判別方法，在一些關(guān)鍵機械設(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、.從時域和頻域兩個方面發(fā)展波形分析技術(shù)和計算機信息處理，特別是機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.機器故障的計算機模擬和模型分析方法。4.典型機器部件的失效機理及其在二次信息中的反映。5.發(fā)展復(fù)雜自動化機械系統(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)展和推廣先進的診斷方法和手段。例如，直接在液壓系統(tǒng)運行過程中在導(dǎo)管外壁采用測量流量的超聲流量計，聲發(fā)射技術(shù)，以及在滾動軸承運行中監(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。特別是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的發(fā)展，基于Intemet/Intranet的遠程故障診斷方興未艾。本文正是在該背景下，

13、探討基于Intemet的遠程故障診斷系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方法。1.2遠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)備運行信息，由計算機進行分析和診斷。其優(yōu)點是經(jīng)濟、靈活方便。但由于只是定時監(jiān)測，故一般不能監(jiān)測到機組發(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)報機組的運行趨勢。單機在線故障監(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)。這種方式實時性好，可靠性高，但該方式經(jīng)濟性差、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方式的經(jīng)濟性差，信息難以共享等缺點，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)測實時性差，且受地域限制，難以進行遠程的診斷。遠程分布式在線監(jiān)測與故障診斷方式綜合了單機在線工況監(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。該方式對每臺機組分別配置一套數(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)測的實時性(即使在診斷時也能保證不中斷監(jiān)測)，又實現(xiàn)了信息的共享，同時還節(jié)約了監(jiān)測診斷系統(tǒng)的成本。設(shè)備的遠程監(jiān)測與故障診斷是計算機科學(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。基于Intemet的遠程協(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)也得到人們的認同，成為各種系統(tǒng)開發(fā)的必然趨勢6.。另外，無論是遠程監(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)時的實際情況、現(xiàn)場的基本參數(shù)、使用第一手數(shù)據(jù)進行分析和判斷。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)故障時專家又由于地域原因不能及時到位，往往會因為時間的延誤造成巨大的經(jīng)濟損失。而采取遠程診斷這種經(jīng)濟、簡便的方法通過計算機把現(xiàn)場數(shù)據(jù)及時送到專家手中，就可以象專家

16、在現(xiàn)場一樣準(zhǔn)確、及時的作出判斷、采取有效措施解決問題基于Internet的遠程故障診斷系統(tǒng)以Intemet為橋梁，跨越企業(yè)和研究機構(gòu)在時間和空間上的距離，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)人員進行理論輔導(dǎo)和技術(shù)培訓(xùn)，同時發(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)器為研究機構(gòu)提供寶貴的現(xiàn)場經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。雙方取長補短，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，又有利于研究機構(gòu)更準(zhǔn)確、有效地得到企業(yè)內(nèi)設(shè)備運行的第一手資料，充實理論和技術(shù)研究。因此，基于Internet的遠程故障診斷技術(shù)。有著強大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。遠程診斷具有重要的

17、理論和實際意義:1. 實現(xiàn)遠程診斷后，可利用診斷協(xié)作網(wǎng)對企業(yè)技術(shù)人員進行培訓(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)備故障進行會診，提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性；3.遠程診斷可實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的診斷知識與診斷數(shù)據(jù)共享；4 遠程診斷能切實加強科研院所和生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)合作；5 遠程診斷能實現(xiàn)對遠洋船舶、海洋鉆井平臺等特殊設(shè)各的遠程監(jiān)控和管理，為設(shè)備的安全運行提供可靠的技術(shù)保障;1.3遠程故障診斷研究現(xiàn)狀遠程故障診斷系統(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)電機組遠程在線振動監(jiān)測分析與診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、華中理工大學(xué)機械學(xué)院的設(shè)備故障遠程診斷中心、西安交通大學(xué)軸承所的網(wǎng)上遠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程監(jiān)測與診斷中心等。國外遠程診斷系統(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)布在遠程診斷中心的網(wǎng)站上。它在與企業(yè)的實際合作項目中應(yīng)用Java技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。總的來說，該中心具有一定的技術(shù)示范作用。但是在遠程診斷方面，缺乏與企業(yè)的進一步合作，很多理論構(gòu)架只是一個提法，離一個實際的遠程故障中心仍有一定距離。西安交通大學(xué)網(wǎng)上遠程診斷與處理支持中心在工程實際應(yīng)用中取得不少經(jīng)驗，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，實現(xiàn)了對電廠發(fā)電機組的遠程監(jiān)測與診斷，同時在Intemet上

20、建立了遠程故障診斷中心。但是該中心的診斷系統(tǒng)目前只限于對合作電廠的機組進行診斷，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，不能實現(xiàn)一個開放的遠程診斷中心應(yīng)有的功能。從已有的遠程故障診斷系統(tǒng)來看，普遍存在著可操作性差、開放性和可擴展性不夠靈活等缺點。1.2本文主要研究內(nèi)容本文在遠程故障診斷不斷發(fā)展、應(yīng)用逐漸廣泛的背景下，針對現(xiàn)有各遠程故障診斷系統(tǒng)的不足，較為深入的探討了遠程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各部分的具體實現(xiàn)技術(shù)，并依托本文開發(fā)建設(shè)的遠程故障診斷中心對基于Intemet的遠程故障診斷系統(tǒng)進行分析。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、遠程故障診斷中心構(gòu)成的

21、遠程診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有很好的開放性和可擴展性，一個遠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，為遠程診斷中心開發(fā)多級用戶管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)維護系統(tǒng)和功能強大的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)?；贐IS模型的遠程診斷系統(tǒng)將大大提高系統(tǒng)的安全性、可操作性和可維護性。目前，計算機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)不能完全自動實現(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)境引入遠程診斷系統(tǒng)中，并發(fā)布虛擬儀器演示系統(tǒng)，增強遠程診斷中心的技術(shù)示范性。為了加強系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測量功能，本文同時引入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。第二章遠程故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)架，在詳細介紹遠程故障診斷系統(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、遠程故障診斷中心的建設(shè)，介紹Intemet技術(shù)和分布式計算模型，并利用相應(yīng)技術(shù)開發(fā)遠程故障診斷示范系統(tǒng)，同時提出專家會診環(huán)境的建設(shè)，探討遠程診斷中心應(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驗室遠程故障診斷中心建設(shè)的經(jīng)驗總結(jié)。第五章總結(jié)和展望，總結(jié)本文的研究工作和成果，并對遠程故障診斷系統(tǒng)的進一步開發(fā)作展望。第二章遠程故障診斷系統(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)良運行狀態(tài)，一直是機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷領(lǐng)域的重點研究方向。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、主從機到分布式和網(wǎng)

24、絡(luò)化的機械設(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)起到了保駕護航作用，解決了不少生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。隨著信息時代的到來，計算機網(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，同時也為機械設(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的遠程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效地實現(xiàn)資源共享、專家異地會診和最優(yōu)分析;再次，基于Internet的遠程故障診斷中心的建立可以方便地實現(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)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)提出了需求。2.1遠程故障診斷發(fā)展概況基于Internet的遠程協(xié)作診斷研究工作最先是從醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開始的，1988年開放式遠程醫(yī)療系統(tǒng)的概念在美國提出，人們普遍認為一個開放式遠程醫(yī)療系統(tǒng)應(yīng)包括遠程診斷、專家會診、信息服務(wù)、在線檢測和遠程學(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的全國保健試驗示范系統(tǒng):1995年1月美國俄克拉荷馬州的遠程醫(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，并通過計算機網(wǎng)絡(luò)將CT, X光片等病人臨床檢驗結(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)上說能實現(xiàn)遠程醫(yī)療診斷也就能實現(xiàn)遠程設(shè)備診斷。遠程醫(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、實現(xiàn)形式等都可為遠程設(shè)備診斷所采用和借鑒.2.1.1國外遠程故障診斷發(fā)展概況美國西屋公司從1976年就開始了電站在線計算機診斷工作1，一1，1，1980年投入了一個小型的電機診斷系統(tǒng)，1981年進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故障運行中心）。故障運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)電機組全天候的實時監(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的熱動力參數(shù)和機械振動參數(shù)；GenAID監(jiān)測并分析發(fā)電機的定子線圈和勵磁系統(tǒng)的參數(shù)；ChehaID用于實時監(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個公司和研究機構(gòu)的50多位代表到會。會議主要討論了遠程診斷系統(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的下一代遠程診斷示范系統(tǒng),該項工作得到了制造業(yè)、計算機業(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程診斷示范體系Testbed。Testbed采用嵌入式Web組網(wǎng)，用實時JAVA和Bayesian Net實現(xiàn)遠程信息交換和診斷推理。從該項

30、目對開放內(nèi)容和項目組1997年底的研究總結(jié)報告來看，系統(tǒng)離實用還有很大距離。美國密西根大學(xué)(University of Michigan at Ann Arbor)也在積極開展針對機械加工的遠程診斷和制造系統(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中心還將進行自維修機器和產(chǎn)品的設(shè)計方法和研究。 圖2l是IMS的演示系統(tǒng)，其網(wǎng)址是http:/demoicnscenternet該演示系統(tǒng)包括圓頭棒和細桿的遠程監(jiān)測、機器運轉(zhuǎn)的遠程監(jiān)測和利用三維攝像頭的遠程監(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公司的計算機在線設(shè)備運行狀態(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）的方式向遠程終端發(fā)送設(shè)備運行狀態(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)遠程故障診斷發(fā)展概況國內(nèi)遠程故障診斷的研究和應(yīng)用也有了很大的進步和發(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)電機組遠程在線振動監(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)研究院遠程診斷中心站，并通過中心站對振動數(shù)據(jù)進行遠距離的監(jiān)測分析與診斷。該故障診斷系統(tǒng)和遠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)濟和社會效益。遠程診斷中心的主要功能包括：1.通過Interne網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)在線定期傳輸振動數(shù)據(jù)，可同時分析和診斷多臺機組 運行的振動狀態(tài)；2.保存多臺機組振動的當(dāng)前、歷史和異常數(shù)據(jù)：3.具有人機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)進行開發(fā)運行與檢驗。華中理工大學(xué)機械學(xué)院在Internet上建立了設(shè)備故障遠程診斷中心，向國內(nèi)介紹遠程診斷技術(shù)，并以技術(shù)示范的方式向用戶提供遠程診斷服務(wù)。遠程診斷中心開辦的免費網(wǎng)上虛擬實驗室，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驗。它主要包括如下幾個部分：工程測試遠程教育、Java診斷分析軟件、遠程信號采集、遠程信號分析和遠程診斷專家系統(tǒng)。工程測試遠程教育包括網(wǎng)上虛擬實驗室、網(wǎng)上答疑教室和一些教程。通過網(wǎng)上虛擬實驗室，可以在Web頁上進行信號分析和處理的各種實驗。網(wǎng)上虛擬實驗室和遠

35、程監(jiān)控通過ha技術(shù)來實現(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程監(jiān)控。遠程信號采集和遠程信號分析通過CGI技術(shù)實現(xiàn)，用戶通過提交表單與服務(wù)器進行交互式對話。華中理工大學(xué)設(shè)備遠程故障診斷中心的網(wǎng)址是httpW滬StCtrlbusteducnderverserverhtm，其進站畫面如圖22所示。華中理工大學(xué)遠程診斷中心在Java技術(shù)與診斷技術(shù)結(jié)合方面比較成功，在實際應(yīng)用中初具成效，并與寶鋼合作開發(fā)了PZ精軋機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。同時，該中心還結(jié)合虛擬儀器技術(shù)進行開發(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展。該中心的遠程信號分析系統(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)上遠程診斷與處理支持中心，其目標(biāo)是在網(wǎng)上實現(xiàn)遠程監(jiān)控、分析和診斷；在網(wǎng)上提供人員培訓(xùn)和及時技術(shù)支持等。該中心網(wǎng)址是：/,圖2-3為其進站頁面。該中心的功能模塊包括:遠程信號分析與故障診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)上載、遠程維修、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);遠程維修提供了常用工程機械的維修方法:多媒體教學(xué)以挖掘機維修為例，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械設(shè)備故障的征兆特征。總體上，西安交通大學(xué)遠程診斷與處理支持中心不僅在工程實際應(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，實現(xiàn)了對兩家電廠發(fā)電機組的遠程監(jiān)測與診斷，同時在Intemet上建立了遠程故障診斷中心.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組進行診斷，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)都在進行遠程故障診斷的研究和開發(fā)工作，并向國外先進水平看齊。同時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作用。2.1.3振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室遠程診斷中心上海交通大學(xué)振動、沖擊、噪聲國家重點實驗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。國內(nèi)Intemet興起之初，實驗室就著手進行基于Intemet的遠程故障診斷系統(tǒng)的研究開發(fā)工作，并在Intemet上設(shè)立了遠程診斷站點，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，遠程診斷中心站點己經(jīng)初具規(guī)模，功能方面包括用戶管理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果報告輸出和虛擬儀器演示等，同時建立了學(xué)術(shù)論壇、FTP站點、遠程數(shù)據(jù)采集演示系統(tǒng)等。與國內(nèi)外各遠程診斷中心相比，振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室遠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，普通用戶還可進一步分化為免費用戶和收費用戶。通過用戶管理系統(tǒng)，大大增加了遠程診斷系統(tǒng)的可操作性，用戶擁有自己的數(shù)據(jù)空間和報警記錄報告。通過診斷專家用戶，可以開展實際的遠程診斷活動。2.強大的數(shù)據(jù)分析功能遠程診斷系統(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，可進行用戶數(shù)據(jù)的管理和時域分析、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。其它遠程診斷站點也提供數(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。很難進行實際的故障診斷。振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室遠程

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)果報告功能是其它診斷站點所不具有的，它包括綜合測量報告、趨勢分析報告和報等記錄報告。3.獨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、實驗室遠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，然后在Internet/Intranet上互連起來，這種連接方法給檢測儀器行業(yè)帶來巨大的機會。網(wǎng)絡(luò)時代的測量儀器的特點是，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、噪聲國家重點實驗室遠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、噪聲國家重點實驗室的遠程診斷系統(tǒng)與國內(nèi)外的相關(guān)站點相比，具有實際可操作性強、技術(shù)示范全面等優(yōu)點。目前實驗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)計上海交通大學(xué)振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室遠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，將詳細介紹該遠程故障診斷中心的建設(shè)情況。2.2.2基于Intemet的遠程故障診斷系統(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)模的擴大，設(shè)備越來越復(fù)雜，并且分散在各地，單一的、各自獨立的監(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)運而生。這種系統(tǒng)以計算機網(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。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遠程調(diào)用遠程診斷服務(wù)中心的診斷資源，就形成了基于Internet的遠程故障診斷系統(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)測中心進行綜合分析和監(jiān)測，多個企業(yè)監(jiān)測中心又把部分數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程診斷中心進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和專家診斷。因此基于Internet的遠程故障診斷系統(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?，F(xiàn)場工作站位于企業(yè)機械設(shè)備現(xiàn)場，企業(yè)監(jiān)側(cè)中心一般位于企業(yè)機房或數(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與遠程故障診斷中心相連。遠程故障診斷中心一般位于技術(shù)力量較強的科研院所，本文中，遠程診斷中心位于上海交通大學(xué)振動、沖擊、噪聲實驗室?；贗ntemet的遠程故障診斷系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，遠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)運行、升降速運行和報等運行等不同的設(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、成實時信號分析與處理?，F(xiàn)場工作站對采集來的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并監(jiān)測敏感參數(shù)的變動，在參數(shù)處于危險狀態(tài)時采取應(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，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)機器設(shè)備出現(xiàn)災(zāi)難性的故障時，可以從該硬盤中讀取發(fā)生故障前設(shè)備的最近運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進行分析，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，負責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析、初級故障診斷和結(jié)果報告的輸出(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)上傳到遠程診斷中心，請求作深入的分析和診斷。3.遠程故障診斷中心遠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)，也包括實時的專家會診環(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)備進行會診。世界各地的診斷專家可以應(yīng)遠程診斷中心的邀請參加會診。參加者在NetMeeting中呼叫遠程診斷中心的服務(wù)器，經(jīng)服務(wù)器認可后，即可得到會診過程的各方信息。遠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)能利用遠程診斷中心保存的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行檢驗，真正實現(xiàn)了產(chǎn)、學(xué)

50、、研相結(jié)合，大大減少實驗成本。因此遠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，遠程診斷中心也作為一個診斷軟件發(fā)布點。信號處理和故障診斷的軟件主要由遠程故障診斷中心研究開發(fā)，發(fā)布在遠程診斷中心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)本章介紹了遠程故障診斷的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，重點介紹了IMS中心、華中理工大學(xué)遠程故障診斷中心和西安交通大學(xué)遠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、噪聲國家重點實驗室遠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)測中心和遠程診斷

51、中心構(gòu)成的基于Internet的遠程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在接下來的各章中，將詳細探討基于Internet的遠程故障診斷系統(tǒng)各部分的實現(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)和軟硬件實現(xiàn)，第四章介紹遠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，主要負責(zé)對設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理等工作，企業(yè)監(jiān)測中心主要負責(zé)對下屬現(xiàn)場工作站的控制及管理，同時負責(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)實踐中的機械設(shè)備，負擔(dān)了傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的絕大部分功能，在遠程診斷系統(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，其具體實施過程可以歸納為以下四個方面:信號采集 設(shè)備在運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 將采集到的信號進行分類處理、加工，獲得能表征機器特征的過程，也稱為特征提取過程，如對振動信號在時域和頻域上的分析。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，進行趨勢分析。3.1.2 信號采集在機械設(shè)備故障診斷中，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得設(shè)備運行狀態(tài)的信息是進行診斷

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制數(shù)字，以便計算機可以識別。信號x(t)經(jīng)過上述變換以后，即成為時間上離散、幅值上量化的數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)過分析處理后。有時還需要復(fù)原為連續(xù)信號，以便于觀測和紀(jì)錄。這時則需要采用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，在實際采樣時應(yīng)注意如下兩點:1.采樣前用一抗混低通濾波器對連續(xù)信號進行濾波，去掉不感興趣的高于2.采樣頻率應(yīng)滿足此外在采樣點數(shù)的選取上，為了頻域分析時計算FFT的方便，采樣點數(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。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，一般只適用于低速的應(yīng)用。另外，平均只對降低隨機噪聲有效，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)負不同的數(shù)據(jù)分析功能。 實際測量所獲得的信號一般都是時域信號，為了進一步獲得便于分析的特征信息，往往需要將時域信號轉(zhuǎn)換到其它分析域進行分析，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