一種遠程設備故障診斷模式

  摘  要  介紹一種信息到技術的遠程診斷模式，以基于Internet和PSIN來實現(xiàn)。系統(tǒng)以設備制造商或供應商為中心，用最低的成本、盡可能快的速度，將設備及用戶、制造商及設備和領域診斷專家結合在一起，使大家在設備研究、設計、制造和使用等方面共同獲取經(jīng)濟和社會效益。
        遠程故障診斷就是在設備所在地設立狀態(tài)信息采集、存儲和監(jiān)測系統(tǒng)，在異地建立診斷中心，進行異地間的故障診斷。它利用跨地域的豐富診斷
技術資源，通過快速地交換診斷信息，加快了故障診斷的速度，減少了診斷費用，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。
        隨著計算機網(wǎng)絡技術、通信技術、數(shù)據(jù)庫技術的迅速發(fā)展及應用和生產(chǎn)實際需要，人們對設備遠程故障診斷技術進行了研究和應用，例如基于Internet/Intranet、WWW、C/S、B/S和CORBA等模型的遠程故障診斷系統(tǒng)。綜合分析可以發(fā)現(xiàn)其實質(zhì)是診斷技術和設備的信息化過程，其關鍵是信息如何流動。根據(jù)信息流動方式可以定義遠程診斷模式，指導如何構建遠程故障診斷系統(tǒng)。
        一、故障診斷的信息化過程
        設備故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和故障預測三個方面，具體實施過程可以分為四個步驟：
        (1)信息采集。用傳感器拾取能表征設備工作狀態(tài)的信息，如振動、壓力、溫度、電壓和電流等信號。
        (2)信息處理。將采集到的信息進行分類處理、加工及保存，獲取能表征機器特征的參數(shù)，也稱特征提取，如對振動信號從時域變換到頻域的頻譜分析。
        (3)狀態(tài)識別。按照一定的判別準則和診斷策略，將獲得的設備特征參數(shù)與規(guī)定的允許參數(shù)或判別參數(shù)進行比較，確定設備所處的狀態(tài)是否存在故障以及故障的類型和性質(zhì)等。
        (4)診斷決策。根據(jù)對設備狀態(tài)的判斷，決定應采取的對策和措施，或根據(jù)當前狀態(tài)進行趨勢分析，預測設備狀態(tài)可能發(fā)展的趨勢。
        從信息論的角度看，上述故障診斷過程是一個完整的信息過程：信息獲取、信息處理、信息再生和信息施效，是一個信息運動的過程，其中，設備狀態(tài)信息的采集是為了獲取設備的信息表示，信息處理、狀態(tài)識別和診斷決策是診斷技術的內(nèi)容。
        二、遠程故障診斷的模式
        在故障診斷中，設備由用戶管理和使用，可以稱設備用戶為DC(Diagnosis Client，診斷客戶）；故障診斷技術掌握在設備的開發(fā)商、供應商、科研院所和大中專院校中，可以稱掌握診斷技術的單位或個人為DSP(Diagnosis Server Provider，診斷服務提供者)。
    DC和DSP處于不同的地理區(qū)域，只有將它們結合在一起，滿足診斷的信息化過程，才能完成故障診斷。如何結合，實際上就是故障診斷的模式問題，如圖1所示。圖中，診斷技術的表現(xiàn)形式包括診斷專家和各種診斷工具，設備的表現(xiàn)形式是設備的狀態(tài)信息。

圖1 遠程故障診斷模式

        顯然，要將二者結合起來就必須移動其中的一方，且只有兩種移動方式：一是將診斷技術移動到DC，二是將設備移動到DSP。
        在第一種移動方式中，將診斷技術移動到DC是傳統(tǒng)的診斷。如果這樣做，那么就失去了遠程診斷的意義。但是其中的診斷工具可以是計算機程序，是可以移動的。可以稱這種移動方式為程序到信息的診斷
模式，簡稱為PTI(Program To Information)。
        在第二種移動方式中，將設備狀態(tài)信息移動到DSP，供診斷專家和各種診斷工具使用。可以稱這種移動方式為信息到技術的診斷模式，簡稱為ITT(Information To Technology)。按照由哪一方主動發(fā)起設備狀態(tài)信息的移動過程，ITT診斷模式可分為ITT-1和ITT-2兩種。其中，ITT-1為DSP主動讀取設備狀態(tài)信息，ITT-2為DC主動發(fā)送設備狀態(tài)信息。
        在PTI診斷模式中，可以通過下載和遠程過程調(diào)用(RPC)等方式使用遠程診斷程序。與其這樣做不如直接將診斷程序放置在DC，完全沒有必要進行遠程診斷。
        在ITT診斷模式中，通過通信及網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以快捷、方便地移動到DSP；另外，各種診斷工具僅僅是輔助措施，根據(jù)當前的診斷技術現(xiàn)狀，最終的診斷結果還必須由診斷專家作出。因此，ITT診斷模式是目前遠程診斷的優(yōu)選模式。
        ITT診斷模式的診斷過程，加上診斷請求、響應和診斷結果等信息的傳遞，具體過程如圖2所示。

圖2 ITT診斷模式故障診斷過程

        三、遠程故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)
        根據(jù)遠程故障診斷模式，結合通信技術、計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術的現(xiàn)狀及發(fā)展，可以采用基于Internet和PSTN的兩種實現(xiàn)方式。
        Internet通過路由器、數(shù)據(jù)通信設備和公共通信線路、基于一些共同的協(xié)議，將許多小的網(wǎng)絡（子網(wǎng)）或計算機互聯(lián)為一個大的邏輯網(wǎng)，是一個信息資源和服務共享的集合。它提供的服務有電子郵件、文件傳輸和信息查詢(WWW、Gopher、Archie、Telnet、Usenet)等。PSTN即公共電話交換網(wǎng)，是一個多層次結構的通信網(wǎng)絡，提供基于模擬信號的語音雙向傳輸服務。
        對于遠程故障診斷來說，Internet具有信息傳輸速度快、提供服務內(nèi)容多的優(yōu)點，但其中的信息查詢服務均采用模式，要求服務器和信息源在一起，必須建立作為Internet節(jié)點的局域網(wǎng)。由于建立局域網(wǎng)及維護費用較高，軟件開發(fā)專業(yè)性強、難度大，因此適合于經(jīng)濟效益較好的大中型企業(yè)用戶。PSTN僅能提供數(shù)據(jù)傳輸服務，且傳輸速度較慢，難以發(fā)揮領域專家的作用，
還需要開發(fā)專用通信軟件，但PSTN具有能夠達到現(xiàn)場任何角落、通信過程比較簡單、軟件易于開發(fā)、使用費用低等優(yōu)點，是一種經(jīng)濟、方便和有效的計算機通信方式，適合于中小企業(yè)及經(jīng)濟效益不好的企業(yè)用戶。
        為了發(fā)揮兩種實現(xiàn)方式的優(yōu)點，結合故障診斷模式和診斷雙方的實際工況綜合考慮，可以將它們結合在一起，構成一個多層次的遠程故障診斷系統(tǒng)，如圖3所示。
        系統(tǒng)分為本地故障診斷系統(tǒng)LFDS(Local Fault Diagnosis System)和遠程單機故障診斷系統(tǒng)RSFDS(Remote Stand-alone Fault Diagnosis System)
和遠程網(wǎng)絡化故障診斷系統(tǒng)RNFDS(Romote Network Fanlt Diagnosis System)三個層次。在RSFDS層次中，采用ITT-1

圖3多層次設備遠程故障診斷系統(tǒng)

        診斷模式；在RNFDS層次中，采用ITT-2診斷模式。
        系統(tǒng)采用層次結構，可以進行分級故障診斷。當設備出現(xiàn)故障時，DC首先使用LFDS進行診斷。如果能夠排除故障，則速度最快，且避免了影響更多人的工作；如果不能夠排除故障，則請求RSFDS提供服務。當RSFDS進行診斷時，如果能夠查明故障原因，則速度較快，且避免了影響領域專家；如果不能夠查明，再請求RNFDS進行診斷。
        系統(tǒng)以設備制造商或供應商DP(Device Provider)為中心，減少用戶的麻煩。一方面，DP對自己的產(chǎn)品最了解，是提供技術服務的首要選擇；另一方面，當DC需要領域專家進行診斷時，且不論服務費用問題，僅就DC認識并能夠聯(lián)系到多少領域專家來說就是一個非常實際的問題，而DP接觸領域專家較多。實際上，當出現(xiàn)DC無法排除的設備故障時，往往總是向DP請求技術服務。當DC需要領域專家進行診斷時，一般通過DP由三方共同來實施。
        系統(tǒng)的特點有：(1)對于DC來說，可以用最低的成本得到遠程診斷技術服務。一方面，在LDFS的基礎上只要添加一條PSTN用戶線和一個普通的MODEM即可連接到RSFDS;另一方面，通過來獲取領域專家的技術服務，減少了用于支持故障診斷的開銷。(2)對于DP來說，可以用最低的成本為所有的DC提供遠程診斷技術服務。一方面，僅需要一條PSTN用戶線、一個普通的MOSEM和一臺PC機即可連接到所有的LFDS；另一方面，通過RSFDS可以主動獲得自己設備的當前狀況，有助于產(chǎn)品的改進。(3)DP具有DSP和DC的雙重地位，可以作為“中介”進行聯(lián)絡，將設備及用戶、制造商及設備和領域診斷專家結合在一起，使大家在設備研究、設計、制造和使用等方面共同獲取經(jīng)濟和社會效益。
        四、結論
        根據(jù)故障診斷的信息化過程，遠程診斷模式可以分為PTT、ITT-1和ITT-2三種。在實際應用中， PTT模式?jīng)]有多大的意義，ITT-1模式適用于基于Internet/Intranet的遠程故障診斷系統(tǒng)，ITT-2模式適用于基于PSTN的遠程故障診斷系統(tǒng)。將Internet和PSTN結合起來，構成一個多層次遠程故障診斷系統(tǒng)具有更大的實用價值，能夠滿足不同診斷用戶的需求，可以針對不同復雜程度的故障進行分級診斷，盡可能快地進行故障診斷。

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