基于WebService的工業(yè)儀表遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)

陳月紅 宋青鋒 李巖峰

（丹東東方測控技術(shù)股份有限公司 遼寧省丹東市 118009）

智能工廠的不斷推進(jìn)，要求工業(yè)儀表實現(xiàn)不間斷運(yùn)行，一旦出現(xiàn)故障要求快速修復(fù)，由于生產(chǎn)工藝、地理位置等因素的影響，工業(yè)儀表的安裝位置不集中，工作環(huán)境比較惡劣[1]，不適合工人到現(xiàn)場檢修，使得工業(yè)儀表的故障診斷與維修非常困難，所以對工業(yè)儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

如何能實現(xiàn)快速的將生產(chǎn)線上的工業(yè)儀表數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，擺脫對地域的限制，成為遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)中的難題。WebService提供了異構(gòu)平臺間通訊的技術(shù)手段，它是基于網(wǎng)絡(luò)的、分布式的模塊化組件，它執(zhí)行特定的任務(wù)，遵守具體的技術(shù)規(guī)范，這些規(guī)范使得 WebService能與其他兼容的組件進(jìn)行互操作[2]。本文介紹了基于WebService技術(shù)的工業(yè)儀表遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，可以對分散在工廠各處的工業(yè)儀表隨時監(jiān)控，掌握生產(chǎn)情況更加簡單靈活。

1 工業(yè)儀表故障診斷的發(fā)展過程

隨著工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，工廠中應(yīng)用著各類監(jiān)控儀表。最初，儀表的技術(shù)水平相對較低，大多數(shù)儀表自成體系，通信協(xié)議不開放，沒有集中控制的概念，需要較多的人工操作和干預(yù)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，維修人員必須親臨到現(xiàn)場才能故障診斷及維修，有時無法在第一時間到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，工廠可能會因此停工，影響生產(chǎn)，直接導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)損失。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各自獨立的儀表已不能滿足工業(yè)化發(fā)展的需求，于是催生了集中監(jiān)控系統(tǒng)。集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)立一個集中管控平臺，分布在工廠各處的工業(yè)儀表通過局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊刂行模芾碚咴诩刂行谋憧梢詫S內(nèi)的儀表運(yùn)行掌控，擺脫了地域限制。大多數(shù)的儀表采用的是C/S模式，這種結(jié)構(gòu)過于依賴于客戶機(jī)的軟件配置，系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)成本較高，同其他信息系統(tǒng)交互性差[3]。集中監(jiān)控系統(tǒng)和之前到工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行實地故障診斷相比沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是數(shù)據(jù)傳輸距離變化，傳輸目的終點由生產(chǎn)現(xiàn)場變?yōu)榧锌刂浦行亩选?/p>

基于局域網(wǎng)的集中監(jiān)控的方式存在著諸多問題：首先，加入集中監(jiān)控系統(tǒng)的工業(yè)儀表需要在同一個局域網(wǎng)上，集控中心的位置選取也受地域限制，在工廠各處巡查的工作人員如果想要全面了解工業(yè)現(xiàn)場的實時情況，需要到集控中心去，非常不方便。其次，某些工業(yè)儀表是獨立的系統(tǒng)，未留置數(shù)據(jù)接口，無法接入到局域網(wǎng)中，集控中心無法對其進(jìn)行管控。再次，某些集控中心需要管理多個廠區(qū)，廠區(qū)之間距離遙遠(yuǎn)，需要在廠區(qū)間架設(shè)光纖，造價過高。最重要的是，工業(yè)儀表日趨智能化、復(fù)雜化，集成度越來越高，故障診斷的難度逐漸增大，一旦出現(xiàn)故障，普通的工廠技術(shù)員無法獨自處理，需要研發(fā)和設(shè)計該儀表的工程師診斷故障，而技術(shù)工程師的工作單位一般在外地，無法在第一時間處理故障，將會對企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

WebService技術(shù)便可以解決這一問題，是一種新型的分布式模式，不受地域和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境限制，只需要這些工業(yè)儀表接入Internet，并且提供足以診斷故障的接口，便可方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，維修人員對各處的工業(yè)儀表實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷。

2 WebService技術(shù)

WebService技術(shù)是一種跨編程語言和跨操作系統(tǒng)平臺的遠(yuǎn)程調(diào)用技術(shù)，能使得運(yùn)行在不同機(jī)器上的不同應(yīng)用系統(tǒng)，在無須借助第三方軟件或硬件的情況下實現(xiàn)信息互通。跨編程語言是指信息互通的服務(wù)端和客戶端，可分別采用不同的編程語言編寫軟件程序；跨操作系統(tǒng)平臺是指服務(wù)端和客戶端可運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)上，可以是Windows、Linux或是其他操作系統(tǒng)。所以在工業(yè)儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控中，需要信息互通的雙方，通過WebService技術(shù)可方便的實現(xiàn)信息互通，不需要額外投入硬件設(shè)施。

WebService是一種通過Web部署提供對業(yè)務(wù)功能訪問的技術(shù)，采取簡單易理解的標(biāo)準(zhǔn)Web協(xié)議作為組件界面描述和協(xié)同描述規(guī)范[4]。SOAP、XML+XSD和WSDL是構(gòu)成WebService平臺的三大技術(shù)。WebService是基于SOAP協(xié)議的，發(fā)送的請求和返回的結(jié)果采用XML格式封裝，XML主要的優(yōu)點在于它與平臺和廠商無關(guān)，可讀性高，機(jī)器和人都可閱讀。WSDL也是基于XML語言的，用于描述WebService及其函數(shù)、參數(shù)和返回值，它是WebService客戶端和服務(wù)端都能理解的標(biāo)準(zhǔn)格式。WSDL文件保存在Web服務(wù)器上，客戶端通過指定的URL地址就可以進(jìn)行查詢和訪問。

WebService使用面向服務(wù)的架構(gòu)，基于三種角色（服務(wù)提供者、服務(wù)請求者和服務(wù)注冊中心）之間的交互，角色之間的操作行為：發(fā)布服務(wù)描述、查詢或查找服務(wù)描述以及根據(jù)服務(wù)描述綁定或調(diào)用服務(wù)，簡稱為：發(fā)布、查找、綁定，這些行為可以單次或反復(fù)出現(xiàn)。服務(wù)提供者將它的服務(wù)發(fā)布到服務(wù)注冊中心的一個目錄上，當(dāng)服務(wù)請求者需要調(diào)用該服務(wù)時，它首先到服務(wù)注冊中心提供的目錄上去搜索該服務(wù)，得到如何調(diào)用該服務(wù)的信息，然后根據(jù)這些信息去調(diào)用服務(wù)提供者發(fā)布的服務(wù)[3]，采用的是B/S結(jié)構(gòu)（瀏覽器/服務(wù)器模式，B是Browser，S是Server），這與傳統(tǒng)的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的C/S模式（客戶端/服務(wù)器模式，C是Client，S是Server）是相對應(yīng)的。WebService體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1：WebService體系架構(gòu)

WebService有很多優(yōu)點：

（1）基于異構(gòu)平臺的可互操作性：通過SOAP協(xié)議可實現(xiàn)不同地點、不同項目、不同硬件平臺間，任何支持HTTP和XML技術(shù)的設(shè)備都可以進(jìn)行通信，實現(xiàn)了異構(gòu)平臺間的無縫連接。

（2）功能和數(shù)據(jù)的復(fù)用性：在應(yīng)用程序設(shè)計中可復(fù)用已實現(xiàn)的功能為外部廠商提供接口，開發(fā)商可集中精力處理系統(tǒng)內(nèi)部的業(yè)務(wù)問題，避免在開放對外接口上浪費精力。

（3）服務(wù)器的中立性：傳遞消息時在HTTP之上使用了XML，開發(fā)雙方使用的系統(tǒng)與編程語言是沒有任何關(guān)系的。通過Web服務(wù)可以創(chuàng)建動態(tài)過程監(jiān)控，能夠統(tǒng)一地封裝信息、行為、數(shù)據(jù)表現(xiàn)以及業(yè)務(wù)流程，而無需考慮應(yīng)用所在的環(huán)境是使用何種系統(tǒng)和設(shè)備[6]。

（4）通訊的安全性：數(shù)據(jù)可穿越防火墻，實現(xiàn)自由通訊，WebService是基于HTTP的，幾乎所有的防火墻都允許HTTP通過，服務(wù)提供廠商可在防火墻背后提供Web服務(wù)，非常安全。

3 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)

利用WebService技術(shù)，分散在工廠各處的工業(yè)儀表創(chuàng)建Web服務(wù)，提供儀表的實時關(guān)鍵性指標(biāo)數(shù)據(jù)的接口，實現(xiàn)服務(wù)端與客戶端的數(shù)據(jù)交換。對于工業(yè)儀表自身而言，存儲數(shù)據(jù)的方式?jīng)]有限制，可以是數(shù)據(jù)庫、文件或其他數(shù)據(jù)源。遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)作為Web客戶端，可以是C/S或B/S架構(gòu)，沒有限制要求，通過Internet網(wǎng)絡(luò)不斷的對服務(wù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)請求，獲取工業(yè)儀表的實時數(shù)據(jù)，匯總到故障診斷系統(tǒng)。管理者可以實時掌控遠(yuǎn)端的儀表運(yùn)行狀態(tài)，在儀表出現(xiàn)故障時，通過系統(tǒng)便可以方便的進(jìn)行排查，省時省力，通訊流程如圖2所示。

圖2：遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)通訊流程圖

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)定時從遠(yuǎn)程工業(yè)儀表采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除異常數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計分析，存儲至數(shù)據(jù)庫以便備查，然后將數(shù)據(jù)送入診斷分析服務(wù)中心。

診斷分析服務(wù)中心是整個系統(tǒng)的核心，它管理著眾多的遠(yuǎn)程工業(yè)儀表的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對于每個儀表都有點檢庫及診斷分析庫。系統(tǒng)將采集到的儀表數(shù)據(jù)，自動對照點檢庫，評估各個部件是否正常，如果出現(xiàn)異常，向管理者發(fā)送報警，并將分析診斷結(jié)果存入異常數(shù)據(jù)庫。

如果在點檢中出現(xiàn)異常，診斷分析服務(wù)中心需要對照診斷分析庫中的信息，診斷分析發(fā)生故障的具體原因，詳細(xì)故障庫中的部位戶故障程度，如果出現(xiàn)的故障是設(shè)計時預(yù)判可能出現(xiàn)的故障，并在診斷服務(wù)中心預(yù)留解決方案，通過遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)可自動處理，診斷分析服務(wù)中心將自動下發(fā)處理指令，如果故障較復(fù)雜，診斷分析服務(wù)中心將提供盡可能多的信息，供維修人員參考，為盡快完成維修提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)軟件功能豐富，提供了很多實用功能，如對點檢庫和診斷分析庫管理、歷史查詢、報警查詢等，人機(jī)交互界面友好。在點檢庫和診斷分析庫管理中，管理者可查看、維護(hù)庫中的具體項，設(shè)置報警參數(shù)及診斷分析規(guī)則等；在歷史查詢和報警查詢中，管理者可對所有采集的遠(yuǎn)程工業(yè)儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，為故障診斷分析、維修提供了詳實的參考數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

通過WebService技術(shù)可實現(xiàn)對遠(yuǎn)程工業(yè)儀表的監(jiān)控與故障診斷，解決了工業(yè)儀表的故障診斷難的問題，擺脫了地域限制和環(huán)境限制，維修人員不管身在何處，都可以掌控遠(yuǎn)端的工業(yè)儀表的生產(chǎn)運(yùn)行狀況，在儀表出現(xiàn)故障時可以快速的完成故障診斷。工業(yè)儀表遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)使得工廠生產(chǎn)效率更高，降低了生產(chǎn)成本，提高了勞動生產(chǎn)率。