潘傳甲

（湖南建工華旺建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

潘傳甲

（湖南建工華旺建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

針對(duì)機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，分別對(duì)系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析，并在此基礎(chǔ)上提出系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)、特征和作用，為該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供理論參考。

機(jī)械設(shè)備；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)備大多在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作，易受到外界因素的影響和干擾，導(dǎo)致設(shè)備故障頻發(fā)，影響正常生產(chǎn)。對(duì)機(jī)械設(shè)備尤其是現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備，亟需一套完善的監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)加以保障，以便動(dòng)態(tài)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)處理設(shè)備故障。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成，分別為車(chē)載終端、監(jiān)控中心和通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)中，車(chē)載終端主要對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆O(shè)備故障診斷中心，與此同時(shí)獲取對(duì)應(yīng)故障信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程交互。

1.1 車(chē)載終端

車(chē)載終端由傳感器、可編程邏輯控制器與通信模塊等構(gòu)成，實(shí)際運(yùn)行中，傳感器對(duì)工況信息進(jìn)行采集，信息類(lèi)型包括發(fā)動(dòng)機(jī)油溫、水溫）、油壓、制動(dòng)壓力等。GPS（Global Positioning System）用于定位機(jī)械設(shè)備，獲取到的數(shù)據(jù)信息可以保存在PLC中，然后通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，按照規(guī)程要求將其傳輸至指定的服務(wù)中心，以此進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等活動(dòng)，完成對(duì)故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)管理人員可在找出故障之后，確定產(chǎn)生原因及具體位置，并對(duì)其進(jìn)行處理。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，車(chē)載終端發(fā)出的信息量相對(duì)較大，所以可采取GPRS（General Packet Radio Service）方式以Internet為通道完成數(shù)據(jù)傳輸，服務(wù)中心需要配置相應(yīng)的IP地址；相比之下，服務(wù)中心向車(chē)載終端傳輸?shù)男畔⒘亢苌伲^大部分為進(jìn)行故障排查的指令，所以可采用SMS（Short Message Service）傳輸?shù)杰?chē)載終端。

1.2 故障診斷中心

對(duì)于故障診斷中心而言，其儲(chǔ)存著機(jī)械設(shè)備清單、設(shè)備詳細(xì)信息與用戶(hù)基本信息。系統(tǒng)具備設(shè)備故障診斷功能，提供準(zhǔn)確、可靠的診斷機(jī)制，同時(shí)也能根據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行信息記錄和整理。從系統(tǒng)角度分析，服務(wù)中心為關(guān)鍵部分，采用雙網(wǎng)冗余等策略，由信息數(shù)據(jù)采集、GIS（Geographic Information System）、工程師站與功能設(shè)備等構(gòu)成，包括四種子系統(tǒng)，分別提供診斷服務(wù)、工作站、GIS和網(wǎng)絡(luò)通信等服務(wù)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)包含五種功能模塊，分別為：數(shù)據(jù)信息預(yù)處理、歷史信息數(shù)據(jù)庫(kù)、多數(shù)據(jù)融合算法、故障樹(shù)、故障學(xué)習(xí)，模塊構(gòu)成原理如圖1所示。

圖1 機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)模塊構(gòu)成原理

服務(wù)中心先對(duì)設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息實(shí)施預(yù)處理，同時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，然后借助多數(shù)據(jù)融合算法，融合傳感器各類(lèi)信息，提取出具有關(guān)鍵作用的特征信息，繼而在推理機(jī)的支持下，完成所得特征信息與相應(yīng)知識(shí)的匹配，根據(jù)匹配結(jié)果給出診斷依據(jù)，然后再提交到用戶(hù)。另外，機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)是具有一定自學(xué)習(xí)能力的。故障診斷決策可通過(guò)自學(xué)習(xí)模塊到達(dá)知識(shí)庫(kù)，對(duì)置信度因子等進(jìn)行修改，從而對(duì)知識(shí)庫(kù)實(shí)施有效的更新與優(yōu)化。同時(shí)，系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)模塊還可以依照知識(shí)，通過(guò)工程師及用戶(hù)之間的銜接交互，從指定設(shè)備提取關(guān)鍵信息，并分析或處理這些信息?；诠こ處熣_指導(dǎo)及組織，完成對(duì)于設(shè)備故障樹(shù)的修改和優(yōu)化，經(jīng)修正處理后的故障樹(shù)可導(dǎo)入相應(yīng)知識(shí)庫(kù)，這也是對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行不斷完善的方法。對(duì)于具有一定漸發(fā)性的設(shè)備故障，該系統(tǒng)具有及時(shí)預(yù)警功能，可及時(shí)判斷產(chǎn)生故障的機(jī)械設(shè)備；而對(duì)于具有突發(fā)性的設(shè)備故障，可依照專(zhuān)家建議在小鍵盤(pán)上實(shí)施操作，確定故障原因，從而對(duì)其進(jìn)行處理。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多線(xiàn)程技術(shù)

對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行，該技術(shù)具有重要意義，比如可以大幅提高運(yùn)行效率，保障系統(tǒng)始終具備良好實(shí)時(shí)性，避免故障漏診等問(wèn)題的發(fā)生?；诖?，系統(tǒng)在服務(wù)中心與GSM（Global System for Mobile Communication）通信的軟件當(dāng)中，都應(yīng)用了這一技術(shù)。

3.1.1 GSM通信

GSM/GPRS服務(wù)用于監(jiān)控中心及車(chē)載終端交互通信，對(duì)于設(shè)備監(jiān)測(cè)及故障診斷間的下行監(jiān)控指令而言，可按照要求使用基本的編碼方式，經(jīng)編碼處理以后的指令長(zhǎng)度一般不超過(guò)100字節(jié)，支持以GSM短信的方式進(jìn)行傳送。同時(shí)，采用此類(lèi)業(yè)務(wù)形式完成信息的傳輸，可使組網(wǎng)變得更為簡(jiǎn)便，覆蓋范圍與之前相比有了明顯的增大，更易實(shí)現(xiàn)。

3.1.2 故障診斷

為有效提升故障的診斷效率和準(zhǔn)確度，對(duì)故障診斷專(zhuān)門(mén)開(kāi)啟了一個(gè)用戶(hù)界面線(xiàn)程，以此實(shí)現(xiàn)它的基本功能。

3.2 故障檢測(cè)與診斷技術(shù)

從機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)角度分析，其故障檢測(cè)與診斷技術(shù)的核心在于多數(shù)據(jù)融合與故障樹(shù)模型的建立。

3.2.1 多數(shù)據(jù)融合

多數(shù)據(jù)融合主要指借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)等分析或處理觀測(cè)信息，以此獲取決策必要數(shù)據(jù)。融合原理可歸納為：根據(jù)傳感器資源，利用現(xiàn)有觀測(cè)信息和傳感器，遵循優(yōu)化原則組合所有冗余信息，以此解釋和描述全部觀測(cè)信息。

無(wú)論從結(jié)構(gòu)角度講，還是信息傳輸，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備都具備故障相對(duì)隱蔽、故障因果關(guān)系復(fù)雜與故障因素隨機(jī)性強(qiáng)且零散分布等特征，運(yùn)用以往的判斷方式對(duì)故障進(jìn)行定位與診斷都十分困難，而多數(shù)據(jù)融合技術(shù)的合理應(yīng)用能有效處理信息量不足而造成的誤判等問(wèn)題。

系統(tǒng)所用多數(shù)據(jù)融合技術(shù)通過(guò)多個(gè)多源異質(zhì)傳感器對(duì)特征信息進(jìn)行提取，再利用模糊邏輯理論對(duì)特征信息實(shí)施模糊化處理，經(jīng)運(yùn)算獲取傳感器對(duì)應(yīng)的征兆隸屬度，將這一隸屬度為網(wǎng)絡(luò)輸入，再進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)融合，給出不同故障類(lèi)型特有隸屬度值，從而根據(jù)故障樹(shù)模型實(shí)現(xiàn)故障診斷。

3.2.2 故障樹(shù)模型建立

故障樹(shù)模型的應(yīng)用能對(duì)不同診斷對(duì)象實(shí)施建模，故障樹(shù)模型主要將研究目標(biāo)的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)作為基礎(chǔ)，屬于定性模型，頂事件代表系統(tǒng)最差事件，而底事件和中間事件均代表造成頂事件發(fā)生的事件，借助邏輯門(mén)對(duì)不同事件間的相互聯(lián)系進(jìn)行表達(dá)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要由專(zhuān)家根據(jù)診斷對(duì)象結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，構(gòu)建故障樹(shù)，存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，為故障診斷操作提供必要的參考。

根據(jù)構(gòu)建的故障樹(shù)，可獲取設(shè)備故障當(dāng)中引發(fā)頂事件的割集最小值，即為系統(tǒng)處于失效狀態(tài)的所有集合，也可稱(chēng)之為故障譜。采用故障樹(shù)這一有效方式，通過(guò)分析故障譜，挖掘故障產(chǎn)生原因和途徑，準(zhǔn)確定位系統(tǒng)薄弱部分，以此大幅提升實(shí)效性。故障樹(shù)模型更適合在層次較為清晰且各個(gè)子系統(tǒng)間銜接關(guān)系簡(jiǎn)單的診斷系統(tǒng)中應(yīng)用。因此在具體的實(shí)踐過(guò)程中，可在系統(tǒng)建模上充分利用故障樹(shù)模型。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的設(shè)備故障處理存在資源較為分散、響應(yīng)速度緩慢、成本高昂且處理效果有限等弊端。對(duì)此，本文提出一個(gè)全新的機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)特征探究系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，并給出一套完善的技術(shù)方案?，F(xiàn)階段該系統(tǒng)已經(jīng)正式投入運(yùn)行，運(yùn)行效果良好，具有較高的應(yīng)用與推廣價(jià)值。

[1]雷志鵬,宋建成,李艷偉,崔曉慧.基于LabVIEW的工作面輸送設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化,2014,11(10):11-16.

[2]許重建.機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)之友,2014,11(15):10-11.

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1671-0711（2017）05（下）-0055-02