潘傳甲

（湖南建工華旺建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410000）

機械設(shè)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計

潘傳甲

（湖南建工華旺建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410000）

針對機械設(shè)備的遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，分別對系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計進行深入分析，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、特征和作用，為該系統(tǒng)的實際應(yīng)用提供理論參考。

機械設(shè)備；遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

機械設(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)。對機械設(shè)備尤其是現(xiàn)代化機械設(shè)備，亟需一套完善的監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)加以保障，以便動態(tài)監(jiān)控設(shè)備運行狀況，及時處理設(shè)備故障。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

機械設(shè)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成，分別為車載終端、監(jiān)控中心和通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)中，車載終端主要對設(shè)備實際運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集，再經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆O(shè)備故障診斷中心，與此同時獲取對應(yīng)故障信息，實現(xiàn)遠程交互。

1.1 車載終端

車載終端由傳感器、可編程邏輯控制器與通信模塊等構(gòu)成，實際運行中，傳感器對工況信息進行采集，信息類型包括發(fā)動機油溫、水溫）、油壓、制動壓力等。GPS（Global Positioning System）用于定位機械設(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，以此進行動態(tài)監(jiān)測等活動，完成對故障的及時發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)場管理人員可在找出故障之后，確定產(chǎn)生原因及具體位置，并對其進行處理。

系統(tǒng)運行過程中，車載終端發(fā)出的信息量相對較大，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)中心向車載終端傳輸?shù)男畔⒘亢苌伲^大部分為進行故障排查的指令，所以可采用SMS（Short Message Service）傳輸?shù)杰囕d終端。

1.2 故障診斷中心

對于故障診斷中心而言，其儲存著機械設(shè)備清單、設(shè)備詳細信息與用戶基本信息。系統(tǒng)具備設(shè)備故障診斷功能，提供準確、可靠的診斷機制，同時也能根據(jù)診斷結(jié)果進行信息記錄和整理。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

機械設(shè)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(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、多數(shù)據(jù)融合算法、故障樹、故障學(xué)習(xí)，模塊構(gòu)成原理如圖1所示。

圖1 機械設(shè)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)模塊構(gòu)成原理

服務(wù)中心先對設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息實施預(yù)處理，同時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，然后借助多數(shù)據(jù)融合算法，融合傳感器各類信息，提取出具有關(guān)鍵作用的特征信息，繼而在推理機的支持下，完成所得特征信息與相應(yīng)知識的匹配，根據(jù)匹配結(jié)果給出診斷依據(jù)，然后再提交到用戶。另外，機械設(shè)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是具有一定自學(xué)習(xí)能力的。故障診斷決策可通過自學(xué)習(xí)模塊到達知識庫，對置信度因子等進行修改，從而對知識庫實施有效的更新與優(yōu)化。同時，系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)模塊還可以依照知識，通過工程師及用戶之間的銜接交互，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，完成對于設(shè)備故障樹的修改和優(yōu)化，經(jīng)修正處理后的故障樹可導(dǎo)入相應(yīng)知識庫，這也是對知識庫進行不斷完善的方法。對于具有一定漸發(fā)性的設(shè)備故障，該系統(tǒng)具有及時預(yù)警功能，可及時判斷產(chǎn)生故障的機械設(shè)備；而對于具有突發(fā)性的設(shè)備故障，可依照專家建議在小鍵盤上實施操作，確定故障原因，從而對其進行處理。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多線程技術(shù)

對于系統(tǒng)的運行，該技術(shù)具有重要意義，比如可以大幅提高運行效率，保障系統(tǒng)始終具備良好實時性，避免故障漏診等問題的發(fā)生。基于此，系統(tǒng)在服務(wù)中心與GSM（Global System for Mobile Communication）通信的軟件當中，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)控中心及車載終端交互通信，對于設(shè)備監(jiān)測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度一般不超過100字節(jié)，支持以GSM短信的方式進行傳送。同時，采用此類業(yè)務(wù)形式完成信息的傳輸，可使組網(wǎng)變得更為簡便，覆蓋范圍與之前相比有了明顯的增大，更易實現(xiàn)。

3.1.2 故障診斷

為有效提升故障的診斷效率和準確度，對故障診斷專門開啟了一個用戶界面線程，以此實現(xiàn)它的基本功能。

3.2 故障檢測與診斷技術(shù)

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

3.2.1 多數(shù)據(jù)融合

多數(shù)據(jù)融合主要指借助于計算機技術(shù)等分析或處理觀測信息，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信息。

無論從結(jié)構(gòu)角度講，還是信息傳輸，現(xiàn)代化機械設(shè)備都具備故障相對隱蔽、故障因果關(guān)系復(fù)雜與故障因素隨機性強且零散分布等特征，運用以往的判斷方式對故障進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題。

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

3.2.2 故障樹模型建立

故障樹模型的應(yīng)用能對不同診斷對象實施建模，故障樹模型主要將研究目標的結(jié)構(gòu)與功能特點作為基礎(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，借助邏輯門對不同事件間的相互聯(lián)系進行表達。設(shè)計過程中，主要由專家根據(jù)診斷對象結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，構(gòu)建故障樹，存儲至數(shù)據(jù)庫當中，為故障診斷操作提供必要的參考。

根據(jù)構(gòu)建的故障樹，可獲取設(shè)備故障當中引發(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，也可稱之為故障譜。采用故障樹這一有效方式，通過分析故障譜，挖掘故障產(chǎn)生原因和途徑，準確定位系統(tǒng)薄弱部分，以此大幅提升實效性。故障樹模型更適合在層次較為清晰且各個子系統(tǒng)間銜接關(guān)系簡單的診斷系統(tǒng)中應(yīng)用。因此在具體的實踐過程中，可在系統(tǒng)建模上充分利用故障樹模型。

4 結(jié)語

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。對此，本文提出一個全新的機械設(shè)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)特征探究系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，并給出一套完善的技術(shù)方案?，F(xiàn)階段該系統(tǒng)已經(jīng)正式投入運行，運行效果良好，具有較高的應(yīng)用與推廣價值。

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1671-0711（2017）05（下）-0055-02