設備運行管理中遠程故障診斷系統應用分析

王彬灃，劉永峰

（北京建筑大學機電與車輛工程學院，北京 100044）

隨著科技的進步和生產的發展, 各種先進的生產設備不斷應用到生產領域中去, 設備的機械效率與自動化水平都比以前有了很大的提高, 在國民經濟中發揮著極其重要的作用。這一方面提高了企業的生產效率, 帶來了極大的經濟效益，另一方面，又給設備維護帶來了困難。流水線上關鍵生產設備的長時間停機將會給生產帶來巨大的損失。為了將這種損失減小到最低, 一方面必須提高生產設備的可靠性, 另一方面可以通過盡量縮短設備故障診斷和維修的時間來實現。生產設備的可靠性不論有多高, 其發生故障都是不可避免的，因此，企業最關心的還是在設備信息出現故障征兆時如何提前對其進行在線分析診斷和發生故障后，如何及時對其進行維修等。

因此，需要對遠程故障診斷系統在設備管理中的應用展開研究分析，通過對遠程故障診斷系統的推廣應用，可以讓設備在運行過程中實現自動監測，保證企業生產的效率。

1 遠程故障診斷系統總體結構

遠程故障診斷系統包含現場數據采集處理系統、單機處理系統、遠程故障診斷中心以及Internet 網構成。在車間上層設置中設置了專家系統、故障診斷中心以及移動通信模塊。專業技術人員將采集到的數據利用監控中心藍牙功能或網絡連接，傳輸給故障診斷中心，從而實現故障診斷服務以及信息咨詢服務。故障診斷專家系統具有診斷數據庫，診斷系統之下是本地診斷系統、監控中心以及遠程診斷中心，遠程診斷中心和藍牙數據傳輸模塊連接，在監控中心上連接著多個藍牙數據傳輸模塊，傳輸模塊和單機數據處理系統相連接，數據處理系統連接著數據采集模塊，并與各個機床相連接。

2 遠程故障診斷系統的功能模塊

圖1 系統功能模塊

2.1 監控模塊

針對數控機床狀態展開監控，將信號檢測提取出來，通過電氣適配接口該終端可以連接到傳感器中，傳感器被安裝在設備重要位置，如主軸、軸承、液壓傳動部件等。通過傳感器在線檢測，了解這些關鍵位置的重要信息。傳感器監控對象包括進給軸、液壓氣動裝備以及主軸等設備，監測信號包含振動信號、溫度信號、功率信號以及壓力信號等。對于振動信號的采集，需要使用加速度傳感器，同時，使用溫度傳感器獲得溫度信號，將電流信號和電壓信號轉換后，可以獲得功率信號。

2.2 通信網絡模塊

使用藍牙設備建立通信需要查詢藍牙設備、建立連接、鑒別權限以及通信四個環節。首先，數據終端發現局域網訪問點，數據終端應用接入局域網，先啟動發現協議，向可以回應LAP 發送查詢請求。LAP 作為藍牙服務發現協議服務商，擁有服務數據庫，在數據庫中包含各個接入點提供的服務以及不同屬性，在服務協議機制中形成連接需要的全部服務信息。

2.3 用戶管理模塊

用戶需要使用賬號和密碼打開軟件，在賬號密碼全部正確后，用戶才可以進入系統中。

2.4 遠程診斷中心

作為整個系統中最為重要核心的部分，遠程診斷中心包含遠程診斷程序和專家系統兩個部分構成。

圖2 遠程診斷中心結構

2.4.1 故障診斷模塊

遠程診斷程序包含通信部分、分析診斷部分、用戶管理部分、遠程合作管理部分以及知識庫管理構成。通過利用網絡通信模塊，對系統狀態展開實時監測，并實現診斷終端、主機以及診斷中心的溝通，是整個系統最為基礎的一部分。故障診斷模塊可以完成在線故障診斷服務，可以利用離線信號進行故障診斷，對故障信息隨時查詢。用戶管理模塊則滿足用戶注冊功能，驗證用戶密碼。知識庫在系統中負責添加整理知識，滿足于故障的分析，對模塊需要的知識進行診斷。遠程管理模塊最重要的作用是為咨詢診斷工作提供網絡平臺，方便與異地工程師的合作診斷。

在系統檢測到故障問題時，開始執行程序。在本系統程序中使用條件結構，使得故障得以顯示。在條件結構中語句是通過字符串形式顯示，由于字符串數據無法同時輸出。因此，需要控件結構將字符串整合起來，讓字符串可以依據設定順序完成合并連接。由于在一個條件結構之內輸出字符串，如果增加延時函數，讓字符串輸出可以呈現出打字效果，那么字符串并不在條件結構中。在條件全部滿足“是”時，本系統“否”的字符串可以通過連接函數直接輸出字符串。

2.4.2 專家會診模塊

使用網絡實現故障遠程診斷，讓工程師可以了解服務器變化，使得遠程專家故障診斷得以實現。在配置好網絡服務器后，瀏覽器中URL 欄中可以輸入網址，異地工程師利用系統異地訪問服務器文檔，對數據庫故障進行遠程診斷，提供技術支持。專家系統可以向知識庫自動補充知識，整理知識庫，讓診斷更有效率。系統診斷如果沒能達到客戶滿意的效果，遠程協作模塊可以將故障問題的信息和系統診斷結果發送給專家，和專家進行現場通信，共同進行診斷信息的討論。

2.5 系統配置

2.5.1 處理終端配置

在系統的硬件配置上，使用嵌入式計算機、傳感器、信號調度模塊以及電源模塊構成了處理終端。在系統軟件配置上，處理終端軟件使用NC 功能軟件、信息采集功能軟件、故障處理軟件以及遠程通信軟件構成。

2.5.2 診斷中心配置

診斷中心在硬件配置上，使用了數據庫服務器、診斷服務器以及數據通信服務器，其中也包含了防火墻。在軟件配置上，使用了診斷中心軟件來負責數控機床狀態的監測，實時處理終端數據包以及故障數據包，從而實現故障問題的診斷，為故障問題提供維修指導。在軟件中設置了數據庫管理、遠程通信、智能專家診斷以及遠程協作四大功能。

2.6 擴展功能

對于設備而言，本系統功能有著良好擴展性，可以適用于企業局域網和無線網。這樣的適用性滿足了企業設備管理的要求。應用設備遠程故障診斷系統后，要注意建設網絡環境。使用該網絡環境，讓數控機床可以提供更廣泛的服務，讓售后服務體系更加完善。在網絡基礎上建設遠程故障診斷系統，讓企業獲得了一個良好的創新服務平臺，不僅有效的減少了售后服務花銷，更讓維修工作效率大幅提升，使得服務功能更加多樣化。

3 遠程故障診斷系統的功能分析

隨著技術不斷發展，傳感器被使用在故障診斷工作中，傳感器采集設備產生的信息如振動信號等，分析振動信號頻域時域，確定設備故障狀態，分析故障特征以及出現位置。在此同時利用計算機技術和人工智能技術，形成了專家系統，讓故障問題獲得了全新的分析處理方式。通過專家系統對故障問題的分析，能夠憑借專家系統專業知識和積累的經驗，對設備故障問題進行全面的分析診斷，有效地節約了診斷成本。遠程故障診斷系統具備下述功能：（1）診斷功能。系統根據故障信息，分析故障產生原因，并提出對應的維修措施，給出分析過程的解釋，增加用戶對于推理結論的認可。（2）可以自行添加、查閱專家系統的規范。（3）遠程診斷功能。通過遠程診斷，用戶在網絡環境下隨時使用系統維護設備，減少了人力投入。（4）用戶界面。系統具備良好的用戶界面，方便于用戶的操作和使用，經過授權的用戶可以隨意使用系統。出于安全考慮，系統必須要對用戶進行審核，允許安全用戶進入系統。

4 遠程故障診斷系統的優勢

4.1 減少維修成本

在網絡技術基礎上建立遠程故障診斷系統，一旦廣泛使用，將會大幅度減少維護故障花費的成本，讓設備管理日常維護成本得到大幅度減少。在建設成本最初階段，可以一次性投入建設系統，在后續維護上成本花費也十分低。但是采集故障數據、共享故障數據等多個方面，系統能夠發揮出巨大的作用。在異地診斷中，減少邀請診斷專家需要花費大量的時間成本、資金成本和人力成本，成本的節約也會給企業帶來可觀的經濟收益。

4.2 提高診斷效益

無論是對于生產機床設備的企業還是使用機床設備的企業，遠程診斷系統的使用都可以發揮出巨大的價值，讓生產效益得到大幅度提高。對于生產企業來講，提供遠程診斷服務可以讓設備故障成本得到大大減少，同時，讓維修設備故障以及排除設備故障的效率得到明顯的提高。從另一方面講，反饋整合故障信息可以更加及時，企業改進設備時效不斷縮短，讓設備運行的性能更加突出，企業競爭力也可以獲得提升。對于銷售設備企業而言，遠程診斷服務能夠區別于銷售環節，在同生產企業合作后，建立遠程診斷中心以及售后中心，讓售后專業能力不斷增強，提高企業口碑，開闊市場空間。對于使用設備的企業而言，應用遠程故障診斷系統可以讓企業運行效率得到提高，最大程度地減少設備故障對于生產的影響，實現共贏的局面。

4.3 挖掘故障信息價值

應用網絡技術后可以讓傳輸信息的速度更高，讓信息資源實現共享，網絡傳輸可以讓信息高效高速的傳輸，對于故障信息遠程傳輸和整合可以發揮出巨大作用。利用故障信息建立數據庫，數據庫將推動故障信息的共享，讓故障檢修排查更有效率。在后續故障信息中，對比故障數據和數據庫中的數據，能夠快速讀取故障檔案，確定故障類型，完成跨區域合作，讓機床設備信息能夠在短時間內發揮出巨大的價值，為故障診斷和維修提供指導，提高診斷維修效率，推動機床故障維修的技術水平。

5 結語

綜上所述，本文對遠程故障診斷系統進行了整體分析，該系統利用用戶管理模塊、通信傳輸模塊、遠程診斷模塊等對設備進行遠程診斷，遠程診斷系統的應用讓設備故障診斷和維修效率明顯提高，有效地降低了檢修成本。通過系統的應用，設備故障可以快速修復，從而減少故障問題帶給設備生產的影響，可以給應用企業帶來巨大的經濟收益，具有重要的應用價值。