现代制造设备远程故障监测与诊断系统研究

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现代制造设备远程故障监测与诊断系统研究第26卷第9期v0l26№9计算机工程ComputerEngineering2000年9月September2000?基金项目论文?文章编号:1文献标识码:A中国分类号:TP391.5现代制造设备远程故障监测与诊断系统研(},6一l}=警t2了r尸/摘要:对现代制造设备进行故障盅利与诊断是现代化生产置制造设备自动化集成化发展的需要..茬分析故障盅洲与诊断上,挺出了建立现代制造设备远程故障监利与诊断系实现实侧.关键词:状态盅洲;远程故障诊断;专家摹境TheResearchofRemoteModemManufacturingEquipment究基本原理的基础应用培出了RENWei,WANGBan,ZHANGHao,YANJunwei,wuoidi(cIM$CenterofTongjiUniversity,sh丑Ⅱgh曩i200092)lAbstract】WiththeautomationandintegrationofKv.fa~turingequipmerit,estabUshingafaultmjmringanddiagnosisSystemforTnodemmanufacturingequ'Ⅲ meritbecomesmOreandmoreimportantBasedon蛆analysisofbasisprinciplesoffaultmonitc~inganddiagnosis.越innovativeideaofestablishingaremotefau~tmonitoringanddiagnosissystemformodernmanufacturingeqtlipmentwsgproposedAreallza∞examplewasalSOpresented—associatedwithSh丑ⅡghaiVolkswagenComlmnyorientedappHcationinSino-Germancooperation∞..1Keywords]Conditionmonitoting;Remotefau~tdiagnosis;Expertsystem随着计算机.自动化.数控争罔磐通信等技术的发展,越来越多的现代制造设备应用于制造企业.它们在制造企业中的广泛应用成为制造业生产过程的发展方向.但是由于现代制造设备的复杂程度高.系统规模太以及它们的高度集成.机电融合.相互依赖等特点.造成系统故障概率高,而且故障处理难度大,从而引起系统的簟修堂用增高,停机损失太或事故后果严重等问题.为了确保现代制造设备安奎,有效地运秆,提高其可靠性和安奎运转率,必须加强设备运行管理,除了进行在斑监测,及时发现故障或异常情况外,还要在设备发生故障或异常后能及时准确地进行诊断,以便采取有效措施,迅速排除故障.同此,对于现代制造设备,人们迫切地希望提高其整体可靠性和可堆修性,而故障监测与诊断技术恪好为进到这个目标提供了良好的解决方法.目前国内外在故障诊断领域大都采用两种方式:一种是设备的在残状态监测与简易故障诊断相蛄台的方式,另一种是设备的离巍信息采集与精密故障诊断相蛄夸的方式.但是这两种方式都存在这样的问题:故障诊断方式和手最受到地域的限制;故障诊断知识,技术和信息不曷共事;系统出现严重或新的故障时,无法快速.经济地利用各方技术力量梓班问题.为了克服地域障碍,实现多专家和多系统的协同诊 断,一种有效的逢径是建立远程故障监洲与诊断系统.另外,远程访问技术的迅速发展,奎球化计算机网络的日益普及,以厦ht啪0t血ct技术和多媒体技术的成熟.也使得现代制造设备递程故障监测与诊断系统的实现成为可能.l现代制造设备故障监测与诊断的基本原理状态监测系统是计算机应用硬件,软件的综合技术,是近代电子技术.自动控制技术.计算机技术,半导体技术,徽电子技术和传感器技术的综台应用.它是以电子计算机为核一,连接各种仪器仪表,智能嚣件和传感嚣,蛆成各粪太中小型信息监剥系统.根据使用的目的,用逢,进行电量争非电量多参数的数据采集.数据处理,实施各种功能控制.状态监刹技术是解决洲量.控制.计算,存储.分析信号的最新最佳技术.对现代制造设备进行状态监洲,是对其进行故障诊断的前提.—般而言,现代制造设备中需要监测的信围1现代制造设鲁状杰监测系统的硬件结构息包括两十方面:一是离散状态信息,即设备cNc或PLc内部,包括号,设备功能控制产生的中间信号,以及设备内部以自保护为目的的监控报警信号等;二是连续状态信息,即通过在设备的一些主要姊毙批I牛亍嘲啉,部位安蓑传感器获得的加工设备及其加工过程的袖理状态变量的传感器信号,以覆从测量一些环境参数的传意器中获取的数据等(例如监洲姊率,振动.温度和压力等反映设备加工过程状态的基盒骥目:中国科技蕾(邶匹T)与蕾国教育研究技术蕾(B'暖)政府台作研究项目资助作者茼介;任伟(197e~),男,碡士,主攻方向:计算机集成制造,计算机圈络:王坚,博士,副教授{张;旨,研究员,博导:严羹蕞,教授,博导:吴启迪,教授,校长收藕日期:2000一O卜13一砌 一信息).根据需要监测两种类型信息.如图1所示.对于离散状态信息.可以通过设计一个通信软件实时地从控制器(CNC.PLC等)中读取这些反映设备当前运动状态的状态信号或敷据.对于连续状态信息,需要用一些特球的取样电路,将收到的连续信号,经过A,D转换器特换成离散信号供培计算机加I处理.一般乐统故障珍断的基奉原理是对出测试法.即真据实际象蟪精出与参考模型输出或标准擅的出较,来判断系统是否存在故障.若存在故障,刷^L检测到的故障信息中分离出故障征兆.据此识别故障原固,特故障定位.井采取相应的处理措施.所以有必要引八故障诊断专謇系统.但是.由于现代制造设备的高度复杂姓,简单的专家系兢不他辘好地辟块现代制造设备的自动化诊断的有救性,在线实时快速性与准确性,可靠性之问的矛盾.所以理代制造佚备故障诊断应采用集成故障诊断专家系统.诂系娆的实时数值计算与符号推理的继承,多种知识处理技术和多种诊断技术的集成,多个模嵌或功能干系统的集成,最终形成分布处理的大专家乐境.采用这种思想建立的现代制造设备故障诊断专家系统如图2所示.田2理代翻遣设备救肆诊断专蜜蕞媲结构现代制造设备故障监洲与诊断包括4十方面的内吝:信号采集,信号处理,故障原因识别和诊断块策.其中信号采集和赴理功能通过状态监测系统完成,故障原因识别和诊断决策动能由故障诊断专家系统完成.目前,信号采集技术正接融式信号荻取方式由非接触式信号获取方式发展,这为在践故障渗断提供T紊件;信号处理技术方面的理论和应用 研克也十分活跃,选也顼示着其在故障诊断领域中将获得广连的应用;故障原因识别主要采用基于模型的方法和基于撬删的方法.是故障诊断的关键;诊断庚策也从^工方式向自动方式过渡.随着故障诊断技术的发展,传统的教学I具在其耘心技术,即信号处理和故障原因识别中得到了成功的应用.已形成一些各具特色的方法.2远程故障监测与诊断系统的实现方式远程故障监测与诊断技术是杖障监测与诊断技术扣计算机通信技术相蛄合的高扳诊断技术.客户端和提供远程故障诊断的屐务端通过计卓杠词信网络连接起来.当客户端的制追设备出现故障时.系境可以通过计算机通信网络(可为InI邸et,ISDN,PSTN,GSM,DDN,VSAT~)特现场设备状态信惠传靖垂i逗程专謇诊断中心,由专謇对设备故障进行远程诊断.现代制追设备遗程故l牲测与诊断系统总体蛄构如图3所示.现代制造设备远程故障监测与诊断系统具体实现过程如下:客户竭和远程故障诊断服务端均有多媒体服务Pc,视频奢议系统以及WebJI务器用于二者之间的远程交互.在客户端建立制造设备的实时状态监洲承境,对现埽设备进行信号采集与处理,处理过的敷据以一定的时间间侮存八奉地多垛体数据库.同时舡本地集成故障诊断专家承兢和吝地故障处理系统.在远程故l章诊断服务端舡远程多弹锥数据库用于存储客户端设备的远程状态监剥信息.同时在服务端匪叶兰魏主I广_1一●r【日端I,,——,一蛐一豳.l李itCf~田3现代制造设备远程故障监蔫与谆膏}系绞总体靖构当客户端设备出现故障时,首先可利用木地故障处理系 雏连过#地故障诊断专家系统和木地多垛体数据库中存储的系统运行状奄历J~ie,录进行故障诊断.如果不能确定哉障原因,剐需要利用远程哉障监洲与诊断系统加以算块.此时,客户端既可以通过视频会议系统的变谴和共享白较等功舷由服务端远程珍断专棼在线咨询,以获得相关知识和问题的解答.双方也可以通过w曲方式交互,客户端出现设备故障时可向服务端传送信号,服务端可直接远程监控客户竭设备运行情况.并从客户端多娃体数据库中提取款梧以获取相关故障信息,将获得的测试数据回送到服务端故障诊断系统,通过服务端的遗程故障处理系统,遗程故障诊断专家系统,多媒体敷据库等对故障信息进行分析,比较,判断,得出诊断蛄论,井向客户端发退解决方法.服务端也可直接远程操作客户端制造设备以修复故障,.rt.~r-p端设备能快速重启动运行.3远程故障监测与诊断系统的实现实例建立上海大众汽丰有限,厶司远程故障监洲与诊断系统的目的是为了对现蝎设备(德田schue1公司制造的汽车丰者冲压生产线)进行远程监控井对其出现的故障进行远程诊断.鉴于冲压生产践上控制各个冲压机和精送机械手的控制器均为Siemens的s5系列PLC.故可以通过si锄吼诎-声]PLC蝙程器PG帅连接智能总线终端iBX(作为PLc的地址蝙码器),以实现时各个冲压设备上PLC的敷据采集,同时蝙程器PG-740连八现蝎以太网(采用无残以太瑚形式).现埒以太网再与视额会议工作终端(上海太焱多媒体服务PC)连接,谊工作终端可以与本地或远程视频套议用户连接.远程连接采用3~SDN线实现与德田sclIuelc以司的交互,用于情莲动态视频音舞敷捂.磊埽咀太同还通过集线器Hab和肆由器与|SDN端于连接,通过I~ISDN残可以与奉地或远程的网络连接.其中远程连接用于倚退文件款据刊德 国Schtml~.对于无法通过电子信号描述的现蝎表征,如纯机械的故障,生产环境等,通过配备现蝎无成撮枣机和音蒴蓑王等来解决.通过现场的多媒体声象通信,如掇拳画47面,场景对话及文字描述的方式可以馊远程用户曼有效地监控工业现场出现的情况.上海太众冲压现竭远程故J肇盐洲与诊断系统实现结构目如图撕示.提高故障诊断的准确性和可靠性,减少设备故障停机时同乖难谬周期,同时也可扩大相关设备或系统的故障诊断知识乖数据的共车范I]1.相信试系统的实现可以便于设备用户所在生产企业亲团整体管理所属工厂,提高经济效益;同时便于现代制造设备的.!I遣商厦时荤扩自身产品,厦时艰踪调查产品性能以进一步战进设计.参敬献1胡主柑末特平,用祖穗.现代制造l设备集成t障诊断系统谩升.单干毫工大学19970)2楼佩垃,胨希.基技术.19~9(1Z)测控3格革,是捷复杂系统t障营断综最测垃技术,19螂伫).上海太盘冲压现蟠远程故障监谢与诊所系统宴理结构奇任讳'王最涪等.嘲迪韭肺最軎拳眈的设计与喜现.姐4望.柬语动化加工技木,l9鲫(I1)建立现代制造设备_递程故障监测与诊断系统可耽有效地5林叠,阳宽惠,棺用巷.现场甚或置善罔络集成斟按拄术,1799~5)克服地城障碍,通过多系统,多专家时故障进行套渗.可 ※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※(上接|【40页)=340测试方法:(1)由破送Pa血消患,Path消息中包舍的值.Pa血消息到达接收方B后,接收方发出Rcsv消怠井经过路由器进行赉潭预约.分别对有费潭预约和没有预约的情观进行制试,得到蛄果如裹1.A向B发送l0O个ll出的包.表1蔫试1结果敞发遣连率接收速率QS发QoS接收速率类型B(B/s)耐段送逮丰0sV时曩10240o0010240000/2170o010000/97TI?487600010240000/21700016帅0,97512D0O010240~帆170~0160~9710240000737200O/2dr.72t蛐加t6000/9te.92UDP5I2帅呻81'2000/2收8018o帅16000/91收921o240帅08089000/2收79180o016000/91收92遘稿可咀~'FAtQoS参数调茔炭连速率,侧如,TcdkenRate=68000时,炭遂速率为17000(TCp)和18000(UDp):当Toke~Rate:=9375000砷,炭莲建丰为10240~00(TCP)和5500000fUDP).追说明流量控制模寰在产生作用.-通过RsvP在数据传精路程上预l妁带宽后.时使用TCP传靖数据的应用.敷据待蕾带宽和建退椭捌较好的保证.证哪QoS对面向连接的应用有明量的作用.-对元连接的UDP应用,数据传精带宽和延时也有一定睬证l包壬麦同样不可避屯.- 在勇个数据流争用同一十蓐由暮稿口(B口),而—日蓐由嚣开培拥塞时,蓐由嚣批先转发有O0s要求的敷据包.实际上对带宽保证的效果,关建在路由嚣的藏量控.I算岳是否最串高.如果路由葛端口不|己王套平队列而使用先进先出的调度算法,那盘RsVP的顸妁效果无法保证.7结束语Go.s是—种当前正在研宽的oos开发模式,它简化了端到端的OoS捷用接口.能满足多~tOoS应用.GOoS作为一种新型开发模式,有一定的发展前景.同时.GOoSe.车成熟,例如,o0s最=鸯:的最高衄剥GUARANTEED,G0.s目前实现不成姊,资薄预约成曲率较低;另*hcoos有—部分散发送速率接收速率炭逆速率有干扰搬速率有干托美型B0sy时曩时段裳J帅十乜tO2AO000t0240000/210240000TCP1137000010240000/21024000010帅OO,21024000010240000/21024帅00L024000n,2炭]000十电568,80002新IOOⅡ,J驯t5略蛳1000UDP53鲫00429帅帅,l3垃5o761帅044590012~4795688帅04421000/12J~475~0940004747000/12~.510器空闲和拥塞情况下的保证情况.用c机向B机连续不间断发送【H)P报文(包长lkB).造成路由嚣捆塞,洲试蛄果如表2所示.从以上曩{试数据,可吼得出如下蛄论:?在不进行费弹预妁的情-尻下,数据包炭连速率没有妁卑,发逞速率变化范田达网络接口线连的40%.申请7QoS~t务后,发48——4Com翦DE.StevensDLInlernetworklngwithTCP/IPaicn sen口Pro∞|ⅡdAppfieat~ns(WinelowsSocketVermin).19985胡晓峰,村玉军.苏奎树.基于ADsL擞术的ATM揍八方式计算机工程.199@.25(10):3