工程機(jī)械遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)
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4 工程機(jī)械遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能應(yīng)用于工程機(jī)械工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，在故障診斷的過(guò)程中，采集的數(shù)據(jù)是對(duì)機(jī)組故障做正確判斷的依據(jù)。但是在數(shù)據(jù)分析時(shí)，分析的結(jié)果受制于分析人員的經(jīng)驗(yàn)和水平。還以TYl65工業(yè)推土機(jī)為例，它是一個(gè)集機(jī)電液于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，根據(jù)各自的功能，可以劃分為發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)、液壓子系統(tǒng)、電氣子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、機(jī)械子系統(tǒng)、附屬子系統(tǒng)等。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此對(duì)其故障的定位準(zhǔn)確度要求很高，一個(gè)系統(tǒng)部件的不正?？赡芤鸲鄠€(gè)檢測(cè)參數(shù)的異常響應(yīng)，而一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的不正常反應(yīng)或系統(tǒng)的失效可能由多個(gè)系統(tǒng)部件的損壞造成。即由于現(xiàn)場(chǎng)人員的經(jīng)驗(yàn)和水平有限，對(duì)一些復(fù)雜的問(wèn)題或未曾遇到的問(wèn)題難以作出準(zhǔn)確的判斷。采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后，數(shù)據(jù)就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將故障信息及時(shí)地送至診斷中心，技術(shù)專家們可以在異地利用所得數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行分析，并將結(jié)果及時(shí)的反饋回生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，以便采取措施。
TYl65推土機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)分布式狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
5 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與診斷的實(shí)現(xiàn)采用LabVIEW及Lab Windows/CVI構(gòu)造虛擬儀器的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與診斷，相關(guān)的方法有：使用DataSocket技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)發(fā)布監(jiān)控程序的網(wǎng)頁(yè)，異地使用瀏覽器(如InternetExplore，NetscapeCommunicator等)進(jìn)行監(jiān)控；使用底層傳輸協(xié)議(TCP，UDP，DDE，Appleevent或PPC)編程進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
5.1 采用DataSocket技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控
測(cè)控?cái)?shù)據(jù)在網(wǎng)上的發(fā)布和共享是網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程測(cè)控工程應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。NI公司推出的DataSocket技術(shù)，是一種面向測(cè)量和自動(dòng)化工程的網(wǎng)上實(shí)時(shí)高速數(shù)據(jù)交換的編程新技術(shù)。它克服了傳輸速率較慢的缺點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了Internet網(wǎng)上測(cè)控?cái)?shù)據(jù)交換的編程。
遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)采用服務(wù)器/客戶端模式，將服務(wù)器中的DataSocket Server Manager中的De-fault Reader設(shè)置為everyhost，則網(wǎng)中的每一臺(tái)客戶計(jì)算機(jī)都可讀取服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。運(yùn)行測(cè)量端的DataSocketServer，然后根據(jù)需要將測(cè)量的數(shù)據(jù)寫入DataSocket服務(wù)器的某一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，而客戶端可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讀取所需的數(shù)據(jù)項(xiàng)就可以得到實(shí)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
5.2 采用瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)和診斷
場(chǎng)(服務(wù)器端)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將界面實(shí)時(shí)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。在遠(yuǎn)程(客戶端)，即可用瀏覽器(如Internet Exolore，NetscapeCommunicator等)進(jìn)行監(jiān)視。在將程序發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上前要進(jìn)行程序的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置?？梢栽O(shè)置網(wǎng)絡(luò)權(quán)限，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性。在主機(jī)上運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試程序，網(wǎng)絡(luò)中另一主機(jī)上運(yùn)行IE進(jìn)行監(jiān)視?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)變化，在遠(yuǎn)程十算機(jī)的瀏覽器中的相應(yīng)項(xiàng)也發(fā)生同樣的變化。
5.3 采用底層傳輸協(xié)議編程進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控程序時(shí)，使用底層傳輸協(xié)議編程與使用DataSocket協(xié)議可以達(dá)到相同的結(jié)果，但編呈比較復(fù)雜，需要精深的網(wǎng)絡(luò)通訊知識(shí)。美國(guó)國(guó)家義器公司為L(zhǎng)abVIEW提供的InternetTools實(shí)用程序包可以簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工作。
5.4 遠(yuǎn)程通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)
Internet技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器的發(fā)展也必須朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。今后的儀器測(cè)試工作經(jīng)常需要在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行，因此網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器將有無(wú)限的發(fā)展前景。DataSocket技術(shù)是NI公司獨(dú)創(chuàng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信技術(shù)，它摒除了復(fù)雜的TCP/IP編程，并且真正做到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，為遠(yuǎn)程測(cè)控提供了先進(jìn)的科學(xué)研究手段。組建一個(gè)智能測(cè)控網(wǎng)絡(luò)通常有兩種模式：C/S模式(客戶/服務(wù)器模式)和B/S模式(瀏覽器/服務(wù)器模式)。C/S模式數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性好，數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)端能夠進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，靈活性大。B/S模式由于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，易查詢。遠(yuǎn)程故障診斷中，振動(dòng)信號(hào)變化快，數(shù)據(jù)要求在遠(yuǎn)端進(jìn)行分析，易采用C/S模式；對(duì)于壓力、溫度等緩變不需遠(yuǎn)程處理的信號(hào)，易采用B/S模式。本研究開發(fā)的系統(tǒng)將二者有機(jī)地結(jié)合為一體，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5.5 信號(hào)方式實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行資源分配
在并行執(zhí)行時(shí)，用戶會(huì)碰到一個(gè)共享資源同時(shí)有幾個(gè)VI調(diào)用的情況，在本系統(tǒng)中，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定時(shí)采集數(shù)據(jù)，而遠(yuǎn)程分析處理系統(tǒng)也需要定時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與存儲(chǔ)。這樣，如果該資源以異步方式或者以一個(gè)不合適的順序被幾個(gè)Vis訪問(wèn)，就可能使得系統(tǒng)遭到損壞。這種問(wèn)題稱為竟態(tài)現(xiàn)象。
要想實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳遞，比較可靠方便的方法就是采用全局變量，而全局變量也帶來(lái)了麻煩的共享資源，當(dāng)我們需要維護(hù)全局變量數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可能有很多VI需要訪問(wèn)該數(shù)據(jù)庫(kù)，最危險(xiǎn)的時(shí)刻就是存在于"讀、更新、寫"循環(huán)周期中。這些問(wèn)題在內(nèi)建的LabVIEW全局變量中沒(méi)有任何保護(hù)措施。本系統(tǒng)中利用信號(hào)方式(semaphore)來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)全局變量訪問(wèn)權(quán)限的程序。它遵循了標(biāo)準(zhǔn)事件序列：創(chuàng)建信號(hào)、等待信號(hào)、可以使用、運(yùn)行臨界區(qū)、釋放信號(hào)。信號(hào)方式提供了一種保護(hù)代碼臨界區(qū)的方法，代碼臨界區(qū)不允許來(lái)自并行調(diào)用VI的同時(shí)訪問(wèn)。這樣，就很好的解決了從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中讀取各臺(tái)機(jī)組檢測(cè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)更新之間的矛盾。利用遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)不僅可以使操作員隨時(shí)了解其操作的工程機(jī)械發(fā)生了什么情況，而且還儲(chǔ)存了所有的操作數(shù)據(jù)以供維修技術(shù)人員下載。技術(shù)人員得到這些信息后，以便進(jìn)行維修、診斷和性能分析。采用這套系統(tǒng)，操作員可以在零部件失效前采取措施，并在發(fā)生故障時(shí)診斷出故障的原因。這套系統(tǒng)的主要功能就是使工程機(jī)械處于最佳狀態(tài)，從而延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。
6 結(jié) 論
利用網(wǎng)絡(luò)建立設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信息傳輸在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行；有關(guān)信息可在網(wǎng)絡(luò)上動(dòng)態(tài)發(fā)布和共享，供相關(guān)技術(shù)人員、管理人員參考。虛擬儀器技術(shù)用于設(shè)備監(jiān)測(cè)與診斷儀器及系統(tǒng)是一個(gè)新的發(fā)展方向，采用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)造機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，能使原有設(shè)備監(jiān)測(cè)與診斷儀器及系統(tǒng)具有柔性和開發(fā)性。LabVIEW的通訊功能為遠(yuǎn)程測(cè)控提供了便利的實(shí)現(xiàn)方法，使儀器系統(tǒng)適應(yīng)于不同用戶和環(huán)境，易于變更、升級(jí)和維護(hù)，效果理想。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷已經(jīng)取得一定成果，遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)分析技術(shù)越來(lái)越得到重視。尤其針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)的要求，準(zhǔn)確的診斷方法更顯得重要，如能引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，則可以進(jìn)一步提高故障診斷的準(zhǔn)確性。此外還有一些新的智能網(wǎng)絡(luò)分析方法的出現(xiàn)將進(jìn)一步增強(qiáng)監(jiān)測(cè)診斷效果和速度，這些方法主要有：基于GPS/GSM的故障診斷，基于專家知識(shí)庫(kù)的故障診斷，基于灰度理論的故障診斷，基于免疫計(jì)算的故障診斷，基于粗糙集的故障診斷，基于遺傳算法理論的故障診斷，色譜分析在故障診斷中的應(yīng)用，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷，基于模糊理論的故障診斷，基于模式識(shí)別的故障診斷等方法。
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