工業自動控制系統的故障檢測與診斷方法

楊軍

摘 要：高速公路的管理本著誰投資、誰建設、誰管理的原則，在社會主義市場經濟活動過程中，故障診斷系統是一種用于數據采集系統的自動診斷系統。它是由數據采集器采集的振動信號頻譜的主要輸入數據，故障檢測與診斷系統可以在線監測整個系統的運行狀態，為提高系統的可靠性和可維護性開辟了新的途徑。

關鍵詞：工業自動控制系統；故障檢測；診斷方法

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A

1 故障檢測與診斷領域研究現狀

1.1 模型誤差和系統不確定度的研究。基于數學模型的FDD系統的研究已日趨完善，但其診斷性能（如靈敏度，魯棒性，實時）仍有待提高。

在該方法中，模型的不確定性的魯棒性差，系統模型的準確性是高的，特別是對非結構化的不確定性。系統的魯棒故障診斷是急需解決的問題。

1.2 目前，對于時滯系統故障檢測與診斷研究成果還很少，還有許多問題有待進一步研究系統故障檢測與故障診斷的研究成果未見報道。

1.3 對線性參數變化系統故障檢測與診斷問題的研究剛剛起步，還有許多問題有待于深入研究。

1.4 混合動態系統的故障檢測與診斷。混合動態系統（HDS）是指從共存的物品的新連續特性協助一個復雜系統的相互作用，由于混合動力系統的研究是一個剛剛起步的新領域。因此，對該類系統的故障檢測與診斷有許多研究。

1.5 非線性系統的故障檢測與診斷問題非常有限。線性模型不能用于非線性系統，它是基于小偏差理論進行局部線性化得到的線性化模型不能用于PDD，由于系統的工作點在實踐中發生了變化，利用人工神經網絡有效地融合了動態趨勢的信息，并在一定程度上避免了傳統故障診斷方法的不足，減少了故障檢測與診斷的延遲。

2 車道外圍設備及工作原理

2.1 線圈檢測器及車道線圈

車道環形線圈由專用電纜繞幾匝及其饋線構成，它通過一個變壓器接到被恒流源支持的調諧回路，有源環形線圈構成LC調諧回路的電感部分，并在線圈周圍的空間產生電磁場。當含有烏鐵金屬的車體進入線圈磁場范圍，車輛鐵構件內產生自成閉合回路的感應電渦流；此渦流又產生與原有磁場方向相反的新磁場，導致線圈的總電感變小，引起調諧頻率偏離原有數值；偏離的頻率被送到相位比較器，與壓控振蕩器頻率相比較，確認其偏離值，從而發出車輛通過或存在的信號。常用的線圈檢測器如圖1所示。

車道地感線圈布設有兩組：一組安裝在收費亭窗口下方的路面上，其功能是車輛駛入車道后，觸發地感線圈的電感變化，使車道計算機得到車輛駛入信號，對車輛進行計數；通過計算機的多媒體抓拍采集駛入車道的車輛圖像，上傳到監控室圖像管理機。另一組安裝在欄桿下方，其功能是車輛駛離車道后，觸發地感線圈的電感變化，車道線圈檢測器發出車輛離開信號，收費系統自動發出落桿指令。車道線圈的埋設布置如圖2所示。

2.2 ETC入口車道工作流程

車輛進入通訊范圍，首先壓到路側天線的前觸發線圈，啟動讀寫天線。判斷車輛是否攜帶OBU，若攜帶，則讀寫天線與OBU進行通訊，判斷其是否為浙江省內發行的OBU，編號和使用期限是否有效，若有效，則讀取OBU內包含的車輛參數信息。接下來，判斷OBU攜帶的CPU卡的發行方、卡編號、卡類型、卡的使用期限是否有效，卡是否與OBU對應，若有效，入口信息寫入CPU卡中，自動欄桿打開，通行信號燈變綠。車輛壓到路側天線的后觸發線圈，天線關閉。車輛向前行駛，觸發到抓拍線圈，系統進行圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像中。車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，通行信號燈變紅。系統保存交易記錄，并將其上傳至收費站服務器中，等待下一輛車進入。如果上述有效性判斷未通過，則系統報警提示工作人員將該車輛引入附近的人工收費車道處理。

2.3 ETC出口車道工作流程

車輛進入通訊范圍，首先壓到路側天線的前觸發線圈，啟動讀寫天線。判斷車輛是否攜帶OBU，若攜帶，則讀寫天線與OBU進行通訊，判斷其是否為浙江境內發行的OBU，編號和使用期限是否有效，若有效，則讀取OBU內包含的車輛參數信息。接下來，判斷OBU攜帶的CPU卡的發行方、卡編號、卡類型、卡的使用期限是否有效，卡是否與OBU對應，若有效，讀取CPU卡中攜帶的入口信息，判斷入口站編碼是否有效、入口時間是否超時，若信息有效，系統自動計算收費額，并將出口信息回寫入CPU卡中，自動欄桿打開，通行信號燈變綠，車輛壓到路側天線的后觸發線圈，天線關閉。車輛向前行駛，觸發到抓拍線圈，系統進行圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像中。車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，通行信號燈變紅。系統保存交易記錄，并將其上傳至收費站服務器中，等待下一輛車進入。與入口ETC車道相同，以上任意有效性判斷未通過，則系統報警提示工作人員將該車輛引入附近的人工收費車道處理。

3 收費系統安全管理

3.1 數據庫安全管理

（1）及時升級數據庫系統安全補丁，堵塞系統安全漏洞。

（2）設置必要的帳戶密碼，特別是超級用戶的密碼。

（3）制定數據管理制度。對數據實施嚴格的安全與保密管理，防止系統數據的非法生成、變更、泄露、丟失及破壞。

（4）制定數據庫備份策略，定期備份數據庫數據。

（5）外來數據輸入收費系統或收費數據向外發布，均嚴格按規定流程操作，并保證這一過程不使收費系統感染病毒或與公網建立直接的連接。

3.2 系統登錄控制和安全策略

（1）制定恰當的操作系統登陸策略，收費系統除管理員外禁止無關人員登陸。系統登陸口令定期更換。

（2）對系統補丁更新、軟件安裝等操作前進行系統備份，確保操作系統能及時恢復。

（3）防止收費網絡被非法侵入，通過防火墻、路由器的設置使收費網只允許已授權的IP地址或地址段進行訪問。

（4）安裝必要的檢測軟件或硬件設施，檢查和報告網絡流量異常。

（5）建立機房管理制度，對進出機房人員及其操作進行詳細登記。防止強磁、強電、危險性液體等危及系統安全運行的物體帶入機房。

3.3 系統應急預案制定和實施

（1）針對本地實際，制定雷擊、電源損壞、洪水地震等突發災害的應急預案。應急預案應包括應急人員組成、臨時措施實施步驟、設備恢復次序、設施調配方式等內容。

（2）收費系統在特殊情況下，可降低服務水平，提供基本通行收費服務，如車道系統暫時停用自動欄桿、信號燈；計重系統臨時改為按車型收費或標準質量收費；ETC車道暫時改為人工車道等。待系統設備恢復后再逐步啟用原有服務。

（3）應急預案應定期演練，使各級參與人員都熟練掌握處理過程，防止在緊急情況出現時驚慌失措。通常一年應演練1～2次。

結語

本文所述了工業自動控制系統的故障檢測與診斷方法，但由于現代傳感器技術和專家系統技術的結合，該系統的故障檢測與診斷已成為一種非常強大的生命力，將為企業提高生產效率和穩定性提供越來越有力的支持。

參考文獻

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