物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

傅仁軒+石安委

【摘 要】

物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)通信等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，使遠(yuǎn)程故障診斷的實(shí)現(xiàn)有了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。探討了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程故障診斷方法，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程故障監(jiān)測(cè)與故障診斷的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組成做了詳細(xì)描述。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)提高維修能力、降低故障率具有重要的意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】

物聯(lián)網(wǎng) 監(jiān)控系統(tǒng) 故障監(jiān)測(cè) 遠(yuǎn)程故障診斷

1 引言

快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅可以優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)過程，而且將使企業(yè)的管理模式、故障診斷模式發(fā)生重大改變。物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合先進(jìn)的工藝、管理及故障診斷等多項(xiàng)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制和優(yōu)化管理。

監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)，它可以監(jiān)測(cè)并控制現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類故障報(bào)警等功能。

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)涉及到眾多的技術(shù)領(lǐng)域，一直受到各國(guó)政府的重視，并投入大量資金開展基礎(chǔ)理論和應(yīng)用產(chǎn)品方面的研究。近年來，隨著其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)通信技術(shù)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)了監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)步，使遠(yuǎn)程故障診斷的實(shí)現(xiàn)有了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)能將科研單位、設(shè)備供應(yīng)商與生產(chǎn)企業(yè)更緊密地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)最大程度的資源共享，具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）生產(chǎn)企業(yè)能通過Internet從科研單位和設(shè)備供應(yīng)商處獲得最新的診斷方法和診斷技術(shù)，提高對(duì)新型故障的防范能力和應(yīng)對(duì)能力，從而降低故障率，提高故障診斷水平；

（2）設(shè)備供應(yīng)商能通過Internet為生產(chǎn)企業(yè)提供遠(yuǎn)程咨詢、遠(yuǎn)程診斷和維修服務(wù)，大大節(jié)約成本，同時(shí)提高了服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平；

（3）科研單位能通過Internet從生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲取設(shè)備運(yùn)行的原始資料和企業(yè)的真實(shí)需求，為進(jìn)一步完善產(chǎn)品提供了依據(jù)，這不僅提高了理論研究能力，同時(shí)還促進(jìn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。

2 遠(yuǎn)程故障監(jiān)測(cè)與故障診斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程故障監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在監(jiān)控中心設(shè)置故障診斷服務(wù)器，在設(shè)備的關(guān)鍵位置上建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上安裝的傳感器獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)信息，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控端站實(shí)時(shí)采集這些工作狀態(tài)信息，在設(shè)備提供商/系統(tǒng)提供商建立遠(yuǎn)程分析診斷中心，為監(jiān)控系統(tǒng)/設(shè)備提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持和保障。遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：

從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看出該系統(tǒng)由三層組成，即現(xiàn)場(chǎng)層、監(jiān)控中心層和遠(yuǎn)程診斷中心層。系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)層和監(jiān)控中心層是用戶部分（即生產(chǎn)企業(yè)），系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷中心層是設(shè)備/系統(tǒng)提供商部分，這兩部分之間通過互聯(lián)網(wǎng)連接。

監(jiān)控中心層主要包括通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器和診斷服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)層的數(shù)據(jù)送到通信服務(wù)器，再送入監(jiān)控中心應(yīng)用軟件的界面顯示。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器作為數(shù)據(jù)存取平臺(tái)，生成歷史數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)分析、報(bào)表等。Web服務(wù)器提供網(wǎng)上信息瀏覽。監(jiān)控中心軟件通過監(jiān)控中心的采集點(diǎn)（操作日志、運(yùn)行日志以及報(bào)警記錄、通信失敗記錄、監(jiān)控終端的在線狀態(tài)記錄等）獲取監(jiān)控終端和監(jiān)控中心的運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)這些運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，判斷監(jiān)控系統(tǒng)有無異常發(fā)生，是否有潛在的故障；若有異?，F(xiàn)象，則啟動(dòng)專家系統(tǒng)，通過故障診斷功能提供故障解決方案。

現(xiàn)場(chǎng)層即遠(yuǎn)程監(jiān)控終端站，主要包括通信、故障信息的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等，數(shù)據(jù)采集包括監(jiān)測(cè)設(shè)備的電壓、電流、溫度、壓力、流量，以及監(jiān)測(cè)端站的用電狀態(tài)、通信狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、輸入輸出接口狀態(tài)、傳感器工作狀態(tài)等信息。它完成遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端站數(shù)據(jù)的采集功能，周期性或?qū)崟r(shí)采集遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端站數(shù)據(jù)，通信采用2G/3G/4G無線公網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)將監(jiān)測(cè)端站的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心層的通信服務(wù)器。

遠(yuǎn)程診斷中心層是系統(tǒng)提供商部分，主要包括診斷服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析服務(wù)器、Web服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。通過互聯(lián)網(wǎng)與用戶部分的監(jiān)控中心層連接，從監(jiān)控中心層的服務(wù)器取回?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)對(duì)比、歷史流程回放等分析功能。在遠(yuǎn)程診斷中心，決策者可以通過IE瀏覽到各種數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)表、報(bào)警等信息，通過這些信息決策者可以對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端站的工作狀態(tài)信息進(jìn)行分析和診斷。

3 遠(yuǎn)程故障監(jiān)測(cè)與診斷的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控中心服務(wù)器根據(jù)專家系統(tǒng)提供診斷服務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站接收服務(wù)器發(fā)出的指令，協(xié)助診斷故障。當(dāng)監(jiān)控中心不能處理故障時(shí)，監(jiān)控中心將請(qǐng)求遠(yuǎn)程診斷服務(wù)，在本地與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)建立連接后，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)通過人機(jī)界面與診斷專家交互，診斷專家根據(jù)需要獲取本地設(shè)備的實(shí)時(shí)信息和歷史信息，借助專家系統(tǒng)的分析和推理后將故障判斷反饋給本地系統(tǒng)。

若監(jiān)控中心不能正常工作時(shí)，可以將各管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的目標(biāo)地址修改為遠(yuǎn)程診斷中心的地址，遠(yuǎn)程診斷中心可以代管監(jiān)控中心的業(yè)務(wù)，不僅能正常監(jiān)測(cè)各管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而且能遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)故障。

3.1 監(jiān)控中心和遠(yuǎn)程診斷中心軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心軟件采用三層B/S結(jié)構(gòu)，分別為客戶層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層。如圖2所示：

圖2 監(jiān)控中心軟件B/S結(jié)構(gòu)

客戶層主要是人機(jī)操作界面，接收用戶的操作請(qǐng)求，并將結(jié)果以友好的界面呈現(xiàn)給用戶。Web瀏覽器將客戶端的應(yīng)用程序精簡(jiǎn)到一個(gè)通用的瀏覽器軟件，如IE、Firefox、Safari等。瀏覽器將HTML代碼轉(zhuǎn)化成為圖文并茂的網(wǎng)頁(yè)，網(wǎng)頁(yè)具備一定的交互功能，允許用戶在網(wǎng)頁(yè)提供的申請(qǐng)表上輸入信息提交給第二層的Web服務(wù)器，提出處理請(qǐng)求。

業(yè)務(wù)邏輯層位于客戶層和數(shù)據(jù)層之間，這層封裝了與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的應(yīng)用模型，并把用戶表示層和數(shù)據(jù)庫(kù)代碼分開。該層提供客戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)服務(wù)之間的聯(lián)系，主要功能是執(zhí)行應(yīng)用策略和封裝應(yīng)用模式，并將封裝的模式呈現(xiàn)給客戶應(yīng)用程序。業(yè)務(wù)對(duì)象使用EJB完成數(shù)據(jù)處理邏輯，解析系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)，包括用戶信息數(shù)據(jù)、圖形組態(tài)信息數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并把這些信息生成相應(yīng)的Java對(duì)象返回客戶端。endprint

數(shù)據(jù)層是三層模式中的最底層，用來定義、維護(hù)、訪問和更新數(shù)據(jù)，并管理和滿足應(yīng)用服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。

3.2 專家系統(tǒng)及故障推理算法

（1）專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是故障診斷系統(tǒng)的核心，故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)一般由專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)、故障診斷系統(tǒng)、推理機(jī)、故障結(jié)論及維修建議等部分組成。

1）專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)：用于存取和管理所獲取的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、點(diǎn)檢情況反饋、在線監(jiān)測(cè)報(bào)警信息，供推理機(jī)利用，具有存儲(chǔ)、檢索、編輯、增刪和修改等功能。

專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)是指領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)，最主要的部分是故障模型，即每類設(shè)備的功能、功能對(duì)應(yīng)的故障現(xiàn)象、每類故障現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的故障模式、每類模式對(duì)應(yīng)的維修辦法等。這些數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，輸入到專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

點(diǎn)檢情況反饋是指監(jiān)控系統(tǒng)管理人員根據(jù)日常點(diǎn)檢情況輸入的設(shè)備狀態(tài)信息，包括設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境及設(shè)備的故障發(fā)生情況、故障發(fā)生的頻率等，以這些數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，輸入到專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、點(diǎn)檢情況反饋和在線監(jiān)測(cè)報(bào)警信息是圖3所示專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的重要知識(shí)來源，同時(shí)故障診斷結(jié)果和維修計(jì)劃管理系統(tǒng)產(chǎn)生的維修計(jì)劃都要反饋回知識(shí)庫(kù)，以便完成知識(shí)庫(kù)的動(dòng)態(tài)更新。專家知識(shí)庫(kù)需要經(jīng)常更新，如有新的數(shù)據(jù)及新的故障模型，遠(yuǎn)程診斷中心則遠(yuǎn)程升級(jí)專家系統(tǒng)的專家知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

2）故障診斷系統(tǒng)、推理機(jī)：利用知識(shí)進(jìn)行推理，求解故障問題，具有啟發(fā)推理、算法推理、正向/反向/雙向推理等功能。

3）故障結(jié)論及維修建議：作為專家系統(tǒng)與用戶之間的“人-機(jī)”接口，其功能是向用戶說明故障的解決方法。

（2）故障推理算法

采用模糊推理算法確定各故障模式的可信度，從故障現(xiàn)象或故障子模塊的目標(biāo)出發(fā)，采取一定的搜索策略和沖突消解策略，在知識(shí)庫(kù)中找出可能滿足條件的所有故障模型，根據(jù)相應(yīng)的知識(shí)向用戶提問，將用戶的回答與知識(shí)庫(kù)進(jìn)行模糊匹配，根據(jù)置信度傳遞算法，計(jì)算目標(biāo)的置信度。當(dāng)滿足時(shí)，繼續(xù)向下一層搜索，否則回溯，如此反復(fù)，直到找出故障原因。查到故障原因后，推理機(jī)根據(jù)用戶選擇，繼續(xù)查找其它故障原因，直到系統(tǒng)故障被排除。

故障診斷推理算法搜索策略采用啟發(fā)式深度優(yōu)先搜索方法及回溯方法。該算法中沖突消解策略采取從設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則和置信度相結(jié)合的優(yōu)選法，即當(dāng)有多條規(guī)則匹配時(shí)，按設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則，置信度從大到小的順序依次選取。當(dāng)規(guī)則置信度相等時(shí)，推理機(jī)將按照其在規(guī)則庫(kù)中存放的先后順序依次選取。但當(dāng)有明顯的感官、直觀現(xiàn)象時(shí)，存在感官和直觀現(xiàn)象的規(guī)則優(yōu)先級(jí)別最高，其次是從設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則和規(guī)則置信度從大到小的選取原則。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，它是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，包括中央處理單元CPU、電源處理單元、通信單元、數(shù)據(jù)處理單元、I/O接口單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、日歷時(shí)鐘單元、看門狗、控制邏輯單元、狀態(tài)指示單元、故障診斷單元等。通信單元采用Internet或2G/3G/4G等通信方式。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)通信、中斷、故障診斷等模塊。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站是故障診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，在監(jiān)控系統(tǒng)日常運(yùn)行時(shí)，首先要采集和記錄儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等運(yùn)行過程中的狀態(tài)信息，這些信息按照預(yù)定的格式經(jīng)過處理存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。其次，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制功能，通過控制指令完成對(duì)儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制、參數(shù)修正。

4 結(jié)論

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散的監(jiān)測(cè)點(diǎn)連接成一個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提供了功能強(qiáng)大的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析、故障診斷與維護(hù)功能，無論系統(tǒng)提供商的維護(hù)人員身處何地，都可以通過遠(yuǎn)程管理工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與故障診斷；一旦出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可以及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷和維修，提高了對(duì)被診斷對(duì)象管理和控制的能力。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)迅速提高維護(hù)水平、降低故障率具有極為重要的戰(zhàn)略意義和極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該方法已在燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，在用戶出現(xiàn)新的系統(tǒng)故障時(shí)，公司技術(shù)工程師能通過互聯(lián)網(wǎng)連接用戶監(jiān)控系統(tǒng)，指導(dǎo)用戶維護(hù)工程師解決故障問題，取得了較好的效果，該設(shè)計(jì)值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介

傅仁軒：高級(jí)工程師，碩士畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，廣東省青年科學(xué)家協(xié)會(huì)會(huì)員，廣州市海珠區(qū)專業(yè)技術(shù)拔尖人才，研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化、無線測(cè)控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等，編制多項(xiàng)企標(biāo)，獲得多項(xiàng)國(guó)家專利。

石安委：工程師，畢業(yè)于原武漢水利電力大學(xué)（現(xiàn)武漢大學(xué)）計(jì)算機(jī)系，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，研究方向?yàn)闇y(cè)控自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，曾參與過多個(gè)省市的供水、燃?xì)夥矫娴臏y(cè)控自動(dòng)化項(xiàng)目及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的項(xiàng)目。endprint

數(shù)據(jù)層是三層模式中的最底層，用來定義、維護(hù)、訪問和更新數(shù)據(jù)，并管理和滿足應(yīng)用服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。

3.2 專家系統(tǒng)及故障推理算法

（1）專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是故障診斷系統(tǒng)的核心，故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)一般由專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)、故障診斷系統(tǒng)、推理機(jī)、故障結(jié)論及維修建議等部分組成。

1）專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)：用于存取和管理所獲取的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、點(diǎn)檢情況反饋、在線監(jiān)測(cè)報(bào)警信息，供推理機(jī)利用，具有存儲(chǔ)、檢索、編輯、增刪和修改等功能。

專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)是指領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)，最主要的部分是故障模型，即每類設(shè)備的功能、功能對(duì)應(yīng)的故障現(xiàn)象、每類故障現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的故障模式、每類模式對(duì)應(yīng)的維修辦法等。這些數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，輸入到專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

點(diǎn)檢情況反饋是指監(jiān)控系統(tǒng)管理人員根據(jù)日常點(diǎn)檢情況輸入的設(shè)備狀態(tài)信息，包括設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境及設(shè)備的故障發(fā)生情況、故障發(fā)生的頻率等，以這些數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，輸入到專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、點(diǎn)檢情況反饋和在線監(jiān)測(cè)報(bào)警信息是圖3所示專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的重要知識(shí)來源，同時(shí)故障診斷結(jié)果和維修計(jì)劃管理系統(tǒng)產(chǎn)生的維修計(jì)劃都要反饋回知識(shí)庫(kù)，以便完成知識(shí)庫(kù)的動(dòng)態(tài)更新。專家知識(shí)庫(kù)需要經(jīng)常更新，如有新的數(shù)據(jù)及新的故障模型，遠(yuǎn)程診斷中心則遠(yuǎn)程升級(jí)專家系統(tǒng)的專家知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

2）故障診斷系統(tǒng)、推理機(jī)：利用知識(shí)進(jìn)行推理，求解故障問題，具有啟發(fā)推理、算法推理、正向/反向/雙向推理等功能。

3）故障結(jié)論及維修建議：作為專家系統(tǒng)與用戶之間的“人-機(jī)”接口，其功能是向用戶說明故障的解決方法。

（2）故障推理算法

采用模糊推理算法確定各故障模式的可信度，從故障現(xiàn)象或故障子模塊的目標(biāo)出發(fā)，采取一定的搜索策略和沖突消解策略，在知識(shí)庫(kù)中找出可能滿足條件的所有故障模型，根據(jù)相應(yīng)的知識(shí)向用戶提問，將用戶的回答與知識(shí)庫(kù)進(jìn)行模糊匹配，根據(jù)置信度傳遞算法，計(jì)算目標(biāo)的置信度。當(dāng)滿足時(shí)，繼續(xù)向下一層搜索，否則回溯，如此反復(fù)，直到找出故障原因。查到故障原因后，推理機(jī)根據(jù)用戶選擇，繼續(xù)查找其它故障原因，直到系統(tǒng)故障被排除。

故障診斷推理算法搜索策略采用啟發(fā)式深度優(yōu)先搜索方法及回溯方法。該算法中沖突消解策略采取從設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則和置信度相結(jié)合的優(yōu)選法，即當(dāng)有多條規(guī)則匹配時(shí)，按設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則，置信度從大到小的順序依次選取。當(dāng)規(guī)則置信度相等時(shí)，推理機(jī)將按照其在規(guī)則庫(kù)中存放的先后順序依次選取。但當(dāng)有明顯的感官、直觀現(xiàn)象時(shí)，存在感官和直觀現(xiàn)象的規(guī)則優(yōu)先級(jí)別最高，其次是從設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則和規(guī)則置信度從大到小的選取原則。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，它是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，包括中央處理單元CPU、電源處理單元、通信單元、數(shù)據(jù)處理單元、I/O接口單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、日歷時(shí)鐘單元、看門狗、控制邏輯單元、狀態(tài)指示單元、故障診斷單元等。通信單元采用Internet或2G/3G/4G等通信方式。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)通信、中斷、故障診斷等模塊。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站是故障診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，在監(jiān)控系統(tǒng)日常運(yùn)行時(shí)，首先要采集和記錄儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等運(yùn)行過程中的狀態(tài)信息，這些信息按照預(yù)定的格式經(jīng)過處理存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。其次，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制功能，通過控制指令完成對(duì)儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制、參數(shù)修正。

4 結(jié)論

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散的監(jiān)測(cè)點(diǎn)連接成一個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提供了功能強(qiáng)大的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析、故障診斷與維護(hù)功能，無論系統(tǒng)提供商的維護(hù)人員身處何地，都可以通過遠(yuǎn)程管理工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與故障診斷；一旦出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可以及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷和維修，提高了對(duì)被診斷對(duì)象管理和控制的能力。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)迅速提高維護(hù)水平、降低故障率具有極為重要的戰(zhàn)略意義和極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該方法已在燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，在用戶出現(xiàn)新的系統(tǒng)故障時(shí)，公司技術(shù)工程師能通過互聯(lián)網(wǎng)連接用戶監(jiān)控系統(tǒng)，指導(dǎo)用戶維護(hù)工程師解決故障問題，取得了較好的效果，該設(shè)計(jì)值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邵富杰，王如龍. 遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)， 2007（10）.

[2] 金俊，郭福亮，孫浩. 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程， 2008（12）.

[3] 唐志航，唐北平，陳世清. 基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓， 2009（2）.

[4] 黎洪生. 基于B/S的遠(yuǎn)程故障診斷專家系統(tǒng)研究[J]. 武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2009（4）.

[5] 韓冬振. 遠(yuǎn)程診斷中心的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 鄭州： 鄭州大學(xué)， 2010.

作者簡(jiǎn)介

傅仁軒：高級(jí)工程師，碩士畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，廣東省青年科學(xué)家協(xié)會(huì)會(huì)員，廣州市海珠區(qū)專業(yè)技術(shù)拔尖人才，研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化、無線測(cè)控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等，編制多項(xiàng)企標(biāo)，獲得多項(xiàng)國(guó)家專利。

石安委：工程師，畢業(yè)于原武漢水利電力大學(xué)（現(xiàn)武漢大學(xué)）計(jì)算機(jī)系，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，研究方向?yàn)闇y(cè)控自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，曾參與過多個(gè)省市的供水、燃?xì)夥矫娴臏y(cè)控自動(dòng)化項(xiàng)目及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的項(xiàng)目。endprint

數(shù)據(jù)層是三層模式中的最底層，用來定義、維護(hù)、訪問和更新數(shù)據(jù)，并管理和滿足應(yīng)用服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。

3.2 專家系統(tǒng)及故障推理算法

（1）專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是故障診斷系統(tǒng)的核心，故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)一般由專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)、故障診斷系統(tǒng)、推理機(jī)、故障結(jié)論及維修建議等部分組成。

1）專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)：用于存取和管理所獲取的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、點(diǎn)檢情況反饋、在線監(jiān)測(cè)報(bào)警信息，供推理機(jī)利用，具有存儲(chǔ)、檢索、編輯、增刪和修改等功能。

專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)是指領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)，最主要的部分是故障模型，即每類設(shè)備的功能、功能對(duì)應(yīng)的故障現(xiàn)象、每類故障現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的故障模式、每類模式對(duì)應(yīng)的維修辦法等。這些數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，輸入到專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

點(diǎn)檢情況反饋是指監(jiān)控系統(tǒng)管理人員根據(jù)日常點(diǎn)檢情況輸入的設(shè)備狀態(tài)信息，包括設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境及設(shè)備的故障發(fā)生情況、故障發(fā)生的頻率等，以這些數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，輸入到專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、點(diǎn)檢情況反饋和在線監(jiān)測(cè)報(bào)警信息是圖3所示專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的重要知識(shí)來源，同時(shí)故障診斷結(jié)果和維修計(jì)劃管理系統(tǒng)產(chǎn)生的維修計(jì)劃都要反饋回知識(shí)庫(kù)，以便完成知識(shí)庫(kù)的動(dòng)態(tài)更新。專家知識(shí)庫(kù)需要經(jīng)常更新，如有新的數(shù)據(jù)及新的故障模型，遠(yuǎn)程診斷中心則遠(yuǎn)程升級(jí)專家系統(tǒng)的專家知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)形成新的算法。

2）故障診斷系統(tǒng)、推理機(jī)：利用知識(shí)進(jìn)行推理，求解故障問題，具有啟發(fā)推理、算法推理、正向/反向/雙向推理等功能。

3）故障結(jié)論及維修建議：作為專家系統(tǒng)與用戶之間的“人-機(jī)”接口，其功能是向用戶說明故障的解決方法。

（2）故障推理算法

采用模糊推理算法確定各故障模式的可信度，從故障現(xiàn)象或故障子模塊的目標(biāo)出發(fā)，采取一定的搜索策略和沖突消解策略，在知識(shí)庫(kù)中找出可能滿足條件的所有故障模型，根據(jù)相應(yīng)的知識(shí)向用戶提問，將用戶的回答與知識(shí)庫(kù)進(jìn)行模糊匹配，根據(jù)置信度傳遞算法，計(jì)算目標(biāo)的置信度。當(dāng)滿足時(shí)，繼續(xù)向下一層搜索，否則回溯，如此反復(fù)，直到找出故障原因。查到故障原因后，推理機(jī)根據(jù)用戶選擇，繼續(xù)查找其它故障原因，直到系統(tǒng)故障被排除。

故障診斷推理算法搜索策略采用啟發(fā)式深度優(yōu)先搜索方法及回溯方法。該算法中沖突消解策略采取從設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則和置信度相結(jié)合的優(yōu)選法，即當(dāng)有多條規(guī)則匹配時(shí)，按設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則，置信度從大到小的順序依次選取。當(dāng)規(guī)則置信度相等時(shí)，推理機(jī)將按照其在規(guī)則庫(kù)中存放的先后順序依次選取。但當(dāng)有明顯的感官、直觀現(xiàn)象時(shí)，存在感官和直觀現(xiàn)象的規(guī)則優(yōu)先級(jí)別最高，其次是從設(shè)備外部到內(nèi)部診斷規(guī)則和規(guī)則置信度從大到小的選取原則。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，它是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，包括中央處理單元CPU、電源處理單元、通信單元、數(shù)據(jù)處理單元、I/O接口單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、日歷時(shí)鐘單元、看門狗、控制邏輯單元、狀態(tài)指示單元、故障診斷單元等。通信單元采用Internet或2G/3G/4G等通信方式。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)通信、中斷、故障診斷等模塊。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端站是故障診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，在監(jiān)控系統(tǒng)日常運(yùn)行時(shí)，首先要采集和記錄儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等運(yùn)行過程中的狀態(tài)信息，這些信息按照預(yù)定的格式經(jīng)過處理存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。其次，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制功能，通過控制指令完成對(duì)儀表、設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制、參數(shù)修正。

4 結(jié)論

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散的監(jiān)測(cè)點(diǎn)連接成一個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提供了功能強(qiáng)大的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析、故障診斷與維護(hù)功能，無論系統(tǒng)提供商的維護(hù)人員身處何地，都可以通過遠(yuǎn)程管理工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與故障診斷；一旦出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可以及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷和維修，提高了對(duì)被診斷對(duì)象管理和控制的能力。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)迅速提高維護(hù)水平、降低故障率具有極為重要的戰(zhàn)略意義和極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該方法已在燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，在用戶出現(xiàn)新的系統(tǒng)故障時(shí)，公司技術(shù)工程師能通過互聯(lián)網(wǎng)連接用戶監(jiān)控系統(tǒng)，指導(dǎo)用戶維護(hù)工程師解決故障問題，取得了較好的效果，該設(shè)計(jì)值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邵富杰，王如龍. 遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)， 2007（10）.

[2] 金俊，郭福亮，孫浩. 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程， 2008（12）.

[3] 唐志航，唐北平，陳世清. 基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓， 2009（2）.

[4] 黎洪生. 基于B/S的遠(yuǎn)程故障診斷專家系統(tǒng)研究[J]. 武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2009（4）.

[5] 韓冬振. 遠(yuǎn)程診斷中心的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 鄭州： 鄭州大學(xué)， 2010.

作者簡(jiǎn)介

傅仁軒：高級(jí)工程師，碩士畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，廣東省青年科學(xué)家協(xié)會(huì)會(huì)員，廣州市海珠區(qū)專業(yè)技術(shù)拔尖人才，研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化、無線測(cè)控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等，編制多項(xiàng)企標(biāo)，獲得多項(xiàng)國(guó)家專利。

石安委：工程師，畢業(yè)于原武漢水利電力大學(xué)（現(xiàn)武漢大學(xué)）計(jì)算機(jī)系，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，研究方向?yàn)闇y(cè)控自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，曾參與過多個(gè)省市的供水、燃?xì)夥矫娴臏y(cè)控自動(dòng)化項(xiàng)目及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的項(xiàng)目。endprint