基于網絡的離線式設備點檢管理系統的設計與實現

摘要：針對現代化企業中機械設備復雜性和多樣化的發展現狀，構建了一種離線式的網絡化設備點檢系統。介紹了系統的整體構架和工作流程，重點描述了系統中各層的設計和關鍵性技術。該系統將網絡與數據庫技術相結合，采用三層C/S結構的系統架構，在建立網絡化遠程診斷和設備點檢體系的同時，將設備管理與底層數據采集有機融合，為企業成功開展設備監測提出了詳細的實現方案。

關鍵詞：設備點檢；故障診斷；設備管理;數據庫

中圖分類號：TP274．4文獻標志碼：A

文章編號：1001-3695(2008)05-01455-03

目前機械設備故障診斷技術的發展主要有在線和離線狀態監測兩種方式[1~3]。實際工作中，離線監測的主要手段是設備點檢方式，即點檢人員持便攜式數據采集器采集設備運行狀態數據；然后與計算機聯機上傳數據文件至服務器數據庫；最后利用分析軟件進行數據分析，給出診斷報告[4，5]。但是隨著企業生產規模的不斷擴大和生產的多樣化發展，工業現場中分布著大量不同型號和種類的生產設備，給點檢工作帶來很大的不便。因此為了提高點檢工作的效率和數據采集的可靠性，必須把企業的設備管理和點檢工作統一起來。針對這種現狀，本文構建了一種基于網絡的離線式設備點檢管理系統。

1系統結構和工作流程

點檢系統依托企業內部網絡， 采用三層C/S的信息交互模式，以數據庫為核心，將企業內部各車間設備信息上傳至數據庫服務器，實現數據共享。整個系統由服務器、點檢工作站、數據采集端和診斷中心四部分組成。其網絡結構如圖1所示。

服務器負責巡檢路徑和采集數據的存儲和管理，并提供數據瀏覽和查詢服務。點檢工作站設在點檢辦公室，通過企業內部網連接到服務器，是數據文件在服務器與采集端之間的傳輸通道。數據采集端設在機組車間，配置多臺便攜式故障診斷儀，定期或不定期地對設備進行數據采集和存儲。診斷中心可設在遠程基地，通過網絡訪問服務器數據庫，對數據進行分析和診斷。 

圖2為系統的工作流程。工作人員首先需要在服務器端通過控制軟件對巡檢路徑進行初始設置，存入監測數據庫。如果在設備信息不變的情況下這一步驟以后不用重復設置。當需要開展點檢工作時，點檢人員從服務器下載巡檢路徑；然后再將巡檢路徑下載到便攜式故障診斷儀；最后帶到現場對設備進行檢測。巡檢完畢將數據上傳到點檢工作站；當這一輪點檢工作完成后，再將數據統一上傳到服務器。遠程診斷中心的設備檢測人員或專家可以通過客戶端分析軟件對采集數據進行瀏覽和分析，及時發現設備的工作狀態，制訂相應的狀態維修計劃，進而下達維修任務和組織實施；同時給出診斷報告，完成診斷工作。

2系統各層的軟硬件實現

2．1服務器端的軟件實現

本系統采用安全性高的三層C/S模式，服務器不僅作為數據庫服務器，同時還作為Web服務器提供瀏覽功能。因此服務器控制軟件不僅要實現對巡檢路徑和采集數據的存儲及管理，還要實現監測、管理在線用戶的功能，是整個系統的控制核心。

該軟件可以監聽各個客戶端的連接信息，對其身份進行驗證，還可以將IP地址顯示在控制軟件上，如果發現不合法地址，即可斷開連接，停止運行相應的客戶端軟件。如果服務器控制軟件沒有運行，分布在各個客戶端的軟件也不能運行。控制軟件還可以連接到企業的內部設備管理網，下載企業的設備信息，這樣在巡檢路徑時，可以將設備管理和底層數據采集統一起來。圖3為服務器巡檢路徑設置界面。

路徑設置采用樹型結構，分為總廠、分廠、車間、設備和測點五級。除此之外，另有一級備選設置，即測量方向，該選項主要用于旋轉機械的主軸監測。軟件同時提供多種路徑檢索方式，如樹型、命名檢索等，并可統計各分廠和車間的測點個數。工作人員還可以隨時增加和刪除路徑。路徑信息的每級編號一般使用數字或者字母表示，但在企業應用中為了方便識別測試點可以將路徑編號與企業內部設備編號統一起來。 

2．2點檢工作站的軟件實現

點檢工作站安裝一套客戶端數據傳輸軟件。該軟件是三層C/S模式的表示層，安裝在客戶機上，是客戶與數據庫服務器的用戶接口。它利用服務器提供的Web功能輸入相應的用戶名和密碼，通過服務器驗證后即可獲得控制軟件設置的巡檢路徑。

圖4為傳輸軟件獲得的路徑下載列表，包括控制軟件設置的所有參數。如果此時已經連接了便攜式故障診斷儀，點擊路徑下傳按鍵，列表中的巡檢路徑就可以下載到診斷儀中。

2．3采集端的軟硬件實現

采集端配置的便攜式故障診斷儀是天津大學自行研發的適用于離線式設備狀態檢測和故障診斷的儀器。該診斷儀有四個測點采集通道，單通道最高采集頻率為100 kHz，高清晰彩色液晶顯示，配有RS-232和USB接口，具有強大的數據分析功能，可以實現巡檢路徑和數據的存儲管理[6]。圖5為便攜式故障診斷儀的功能框架。

診斷儀通過串口或USB口與安裝在點檢站的傳輸軟件進行通信，從傳輸軟件下載巡檢路徑，當點檢完畢再將采集的數據上傳。診斷儀在采集數據之前，首先要進行巡檢路徑選擇以確定采集的設備和位置；然后進行采集參數設置以確定采集頻率、采樣點數、采集通道等。當采集完畢，要對采集的數據進行存儲。

2．4診斷中心的軟件實現

診斷中心安裝了一套客戶端數據分析軟件，與點檢工作站安裝的客戶端傳輸軟件一樣，也是三層C/S模式的表示層。它利用服務器提供的網絡功能，輸入相應的用戶名和密碼，通過服務器驗證后即可連接到服務器，進入數據分析軟件界面(圖6)。軟件的分析方法主要有時域、幅值域、頻域、時頻分析、聲學分析、模態分析等常規算法，同時還包含設備狀態趨勢預測和報警功能，并且在與服務器的控制軟件接口的診斷模塊中包含故障查詢功能。在狀態預測方面，則包含線性回歸預測、BP神經網絡預測、灰色預測等故障診斷方法。

診斷人員利用分析軟件提供的分析方法對數據進行診斷分析。當發現設備故障時，派人去車間對故障設備進行維修和進一步監測，同時撰寫故障報告，存入故障數據庫，完成設備點檢管理系統的最后一個步驟。

3系統中的關鍵技術

3．1數據庫技術

系統的數據管理主要采用數據庫技術，建有監測數據庫、原始數據庫、報表庫、故障庫等。其中，監測數據庫中包括工廠數據庫、車間數據庫、設備數據庫、零件數據庫和測點數據庫。這五級數據庫包含了監測設備所有的信息，整體形成一種等級結構，不僅實現對采集信號的數據管理，還對工廠、車間、設備及測點信息進行全面管理，使采集的數據與具體的設備信息相對應。如圖7所示， 數據庫采用SQL Server2000，應用程序用VC++編寫，直接調用ODBC API函數實現對數據庫的訪問。同時采用了安全性高、交互性強的三層C/S結構的數據管理模式，將Internet與數據庫相結合，點檢工作站和診斷中心通過客戶端應用程序實現對數據的查詢和檢索。

數據庫的安全框架采用層次結構。首先要保證操作系統以及數據庫管理系統的安全性，對操作系統增加防火墻等措施。同時對數據庫進行加密和密碼設置，程序在訪問數據庫時需要通過密碼校驗。在用戶接口層也要求用戶使用正確的用戶名和密碼進入該系統，進行用戶身份驗證，確定是否為合法用戶。此外系統還增加了專門的管理機構，負責制定、審查、確定安全措施、設置用戶級別、設置用戶密碼保存密鑰、審閱審計記錄等。

3．2嵌入式flash文件管理技術

在底層數據采集端為了實現巡檢路徑和采集數據的統一管理，便攜式診斷儀采用了flash存儲器作為外部存儲器，設計了適應于采集分析的索引結構文件管理系統[7]。將采集的數據文件分為三個部分，即索引文件、信息文件和原始數據文件。其中采集信息文件是一個特殊的數據結構，用于存儲文件頭的信息。具體定義如下： 

typedef struct//定義存儲文件的檢索信息

{

char FileName[5];//文件代碼

char Device_Name[DevNum];//設備編號

char Test_Point[TesNum];//測點編號

charChannel;//采集通道

chartime[6];//采集時間

intSampleNum;//采樣點數

int Samplerat;//采樣頻率

char Gain;//通道增益

char File_Mem_Num;//文件存儲扇區號

}FILE_INFO;

其中char Device_Name[DevNum]和char Test_Point[TesNum]。

這兩個變量是上位機下載的路徑信息，現在連同一些采集信息一同存儲在文件頭中。這樣測點就與存儲的數據文件對應起來了。當然一個測點可以對應不同的數據，即一個測點可以采集多組數據，但是采集的時間不同，因此不會出現混淆。 

4結束語

網絡化的離線式設備點檢管理系統是企業全面實施設備點檢管理的信息平臺，通過網絡技術和數據庫技術的運用，實現對企業設備信息和點檢數據的統一管理，提高了點檢工作的效率和數據采集的可靠性。因此本設計適應現代企業設備的復雜性和多樣化的發展，可以為企業點檢管理提供完整的解決方案。該系統已經應用于天津某發電廠，可對電廠企業設備進行有效管理，實現了對車間設備的點檢和狀態監測。

參考文獻：

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