信息采集系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究

萬新峰

（德州科技職業(yè)學院，山東 德州 251200）

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息時代的到來，信息采集系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，它可以從互聯(lián)網(wǎng)上采集任意網(wǎng)頁的信息，并按照用戶要求進行分析、提取和整理后，存放到指定的數(shù)據(jù)庫中，具有采集效率高、實時性強、精準可靠等優(yōu)點[1]。但是由于信息采集系統(tǒng)的特殊性，存在多層級、多節(jié)點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，受外界因素和設(shè)備故障的影響，容易發(fā)生異常故障，而采集系統(tǒng)故障可能發(fā)生在任一節(jié)點，想要對故障精準定位難度較大[2]。主要是缺乏診斷的準確性和安全性，因此采用信息融合技術(shù)作為采集系統(tǒng)故障診斷技術(shù)，利用動態(tài)分布式求解的方法，將不同體系的知識源進行自動分析，綜合處理故障信息，實時完成采集系統(tǒng)故障診斷與處理，使全局系統(tǒng)處于絕對安全的一個范圍內(nèi)。將故障診斷技術(shù)融入到信息采集系統(tǒng)中，可以及時有效地進行信息的采集獲取和故障診斷，能夠適用于各種采集難度較大的龐大信息采集系統(tǒng)，為社會各個領(lǐng)域信息采集系統(tǒng)故障診斷提供了有利的保障。

1 信息采集系統(tǒng)異常原因研究

1.1 盜竊信息行為

常有一些不法分子利用阻止、偷盜等手段，對計算機信息系統(tǒng)進行刪除、修改、干擾等破壞行為，導致信息采集系統(tǒng)無法正常存儲、處理與傳輸，出現(xiàn)運行慢、不計量等異常情況，嚴重危害信息采集系統(tǒng)的正常運行[3]。

1.2 信息采集系統(tǒng)干擾

信息采集系統(tǒng)在運行過程中，設(shè)備因各種因素影響會產(chǎn)生噪音、諧波等干擾因素，影響采集系統(tǒng)采集的正確性，導致產(chǎn)生系統(tǒng)信息采集出現(xiàn)誤差。同時設(shè)備因長期受干擾因素的影響，不僅會影響采集系統(tǒng)運行的穩(wěn)定狀態(tài)，還會降低系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命[4]。

1.3 信息采集系統(tǒng)故障

由于信息采集系統(tǒng)是由各種復雜的、不同功能的設(shè)備組成，設(shè)備與設(shè)備之間相互作用、相互耦合，因此導致采集系統(tǒng)發(fā)生故障的原因較多。如系統(tǒng)設(shè)備存在設(shè)計、安裝不合理、質(zhì)量差，或者長期處于惡劣潮濕等外界環(huán)境下，都會造成信息采集系統(tǒng)發(fā)生異常故障，嚴重影響采集系統(tǒng)的精準性和可靠性。

2 信息采集系統(tǒng)故障診斷

2.1 信息聚類處理

根據(jù)信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，采取對指標數(shù)據(jù)信息分層聚類的處理方法，以信息到達的頻率動態(tài)來計算信息的特性和產(chǎn)生價值，算法具有較好的伸縮性。利用聚類核心點進行對比，合理控制信息流傳輸?shù)臍v史信息的延遲和遺忘度，可以快速分析系統(tǒng)的異常故障，通過對連續(xù)到來的新信息進行連接，從而建立一種新的密度連接方式[5]。當一個新的信息點到來時，就會產(chǎn)生一種新的密度連接，會存在以下幾種不同狀態(tài)：

（1）異常信息：當新到達信息在鄰域內(nèi)沒有核心點時，那么將該信息標記為異常信息。

（2）生成新的聚類：當新到達的信息是一個核心點，而且不屬于任何一個聚類，在滿足核心點的密度標準時，則可創(chuàng)建一個新的聚類。

（3）并入現(xiàn)有聚類：當有一個到達的新信息點滿足某個聚類核心點密度時，那么將該信息加入此聚類中。

（4）合并多個聚類：當信息點加入后，滿足與相鄰聚類之間核心點的密度要求，就可并為一個新的聚類。

在信息聚類過程中，由于新的信息持續(xù)不斷地輸入，需對存在的歷史信息設(shè)置延遲，并對無用的信息進行批量刪除，以新的信息替換這些歷史信息。在新的信息重新計算聚類過程中，根據(jù)歷史信息對聚類影響，設(shè)置延遲因子來表示影響程度，當延遲因子為1時，表示歷史信息和新信息具有同等影響，如果延遲因子為0時，則忽略歷史信息，這部分歷史信息將被新的信息所替換，隨著新信息到達一定規(guī)模后，就會形成新聚類。采用聚類分析可以對信息采集系統(tǒng)中的每一條信息進行記錄、分類選取和歸一化處，快速有效的診斷和修復采集系統(tǒng)的異常故障。

2.2 診斷步驟設(shè)計

信息采集系統(tǒng)的診斷步驟可以分層次設(shè)計，通過PLC邏輯控制器對故障信息分別進行層次流程的診斷，將故障位置點正確輸入，并對最底層故障信息近可能多地輸入，以利于信息的比對，從而快速有效地檢測到正確的故障信息。在對系統(tǒng)故障點存在的故障進行分析，記錄故障點，提取特征進行模擬量診斷，并采取串行通信的處理對策，直到設(shè)備狀態(tài)恢復正常。

2.2.1 記錄故障點

根據(jù)PLC內(nèi)部寄存器所接收到故障檢測點的狀態(tài)信息，記錄故障點程序中的存儲器將故障信息進行記錄與存儲，記錄存儲器具有多位性質(zhì)，可以同時記錄多種故障的信息。由于采集系統(tǒng)設(shè)備相互連接的特點，當某個設(shè)備發(fā)生故障時常常會引發(fā)其它設(shè)備出現(xiàn)異常，在各種因素影響下一個故障點會同時引發(fā)多個位置發(fā)生故障現(xiàn)象，因此在記錄故障點的時候，要先找到最先發(fā)生的故障點，再對其它故障位置進行分析判斷。

2.2.2 物理參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值參量

采用模擬量故障診斷方法將接收的故障信號轉(zhuǎn)化為數(shù)值，對系統(tǒng)允許范圍內(nèi)的最大值與最小值相互比較，根據(jù)最大值與最小值與實際系統(tǒng)運行的參數(shù)變化進行判斷，如果數(shù)值在極限值范圍之內(nèi)，則表示該設(shè)備沒有故障，當數(shù)值超過極限值范圍，就表示該設(shè)備出現(xiàn)故障，應(yīng)立即采取正確有效的處理措施，確保系統(tǒng)穩(wěn)定正常的運行。

2.2.3 通過串行通信進行顯示

串行通信是利用串口實時顯示診斷信息和信號值，對上位機終端界面發(fā)送讀取故障，根據(jù)回復的顯示來進行診斷，準確性高、響應(yīng)速度快。通過快速讀取PLC邏輯控制器存儲的故障信息，并使用Host Link方式將上位機與一臺或多臺PLC進行鏈接，實現(xiàn)串行通信，PLC將接收的來自上位計算機發(fā)送的命令幀進行存儲并立刻做出響應(yīng)。上位計算機通過對PLC的控制來獲取故障的信息，無論系統(tǒng)設(shè)備是否存在故障現(xiàn)象，PLC都會自動的向上位計算機作出信息反饋。

在信息采集系統(tǒng)異常運行診斷流程中，首先要在系統(tǒng)初始化完成網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)配置后進行系統(tǒng)采集任務(wù)，然后對采集完的每一幀信息進行添加時標并打包，最后進行信息發(fā)送。信息采集是在連續(xù)不斷循環(huán)狀態(tài)下完成采集與傳輸，相關(guān)服務(wù)器將接收到的信息進行分析、整理和挖掘，從而診斷信息采集系統(tǒng)是否存在運行故障。

PLC作為采集系統(tǒng)的可編程邏輯控制系統(tǒng)，通過下載故障診斷技術(shù)的編輯程序，可以正確讀取系統(tǒng)上的各種信息，并對程序語言進行優(yōu)化，具有功能完善、可靠性高、抗干擾能力強等優(yōu)點。在組件的配置上質(zhì)量優(yōu)、適用性強，特別是連接信息采集的設(shè)備，采用的是具有光纖環(huán)的網(wǎng)絡(luò)，可以在組件內(nèi)部進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，信息傳輸速度快，可實時對采集系統(tǒng)進行監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)故障自動報警，并及時采取處理措對系統(tǒng)設(shè)備故障進行修復，保證了采集系統(tǒng)運行的通暢和穩(wěn)定。

3 結(jié)語

面對當今信息時代下巨大信息量和復雜的采集環(huán)境，信息采集系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)至關(guān)重要。利用信息采集系統(tǒng)故障診斷技術(shù)可以及時診斷出系統(tǒng)設(shè)備存在的故障，診斷效率高，精準性強，節(jié)省了人力物力的經(jīng)濟成本，確保信息采集系統(tǒng)安全可靠的運行。通過將信息融合技術(shù)與故障診斷技術(shù)相結(jié)合，將繁瑣的信息資源分解成若干個相對簡單信息單元，從而高效合理診斷系統(tǒng)故障發(fā)生的原因，制定正確有效的故障修復策略，為信息采集系統(tǒng)的安全運行起到了重要的保護作用。