设备运行管理中远程故障诊断系统应用分析

王彬沣，刘永峰

（北京建筑大学机电与车辆工程学院，北京 100044）

随着科技的进步和生产的发展, 各种先进的生产设备不断应用到生产领域中去, 设备的机械效率与自动化水平都比以前有了很大的提高, 在国民经济中发挥着极其重要的作用。这一方面提高了企业的生产效率, 带来了极大的经济效益，另一方面，又给设备维护带来了困难。流水线上关键生产设备的长时间停机将会给生产带来巨大的损失。为了将这种损失减小到最低, 一方面必须提高生产设备的可靠性, 另一方面可以通过尽量缩短设备故障诊断和维修的时间来实现。生产设备的可靠性不论有多高, 其发生故障都是不可避免的，因此，企业最关心的还是在设备信息出现故障征兆时如何提前对其进行在线分析诊断和发生故障后，如何及时对其进行维修等。

因此，需要对远程故障诊断系统在设备管理中的应用展开研究分析，通过对远程故障诊断系统的推广应用，可以让设备在运行过程中实现自动监测，保证企业生产的效率。

1 远程故障诊断系统总体结构

远程故障诊断系统包含现场数据采集处理系统、单机处理系统、远程故障诊断中心以及Internet 网构成。在车间上层设置中设置了专家系统、故障诊断中心以及移动通信模块。专业技术人员将采集到的数据利用监控中心蓝牙功能或网络连接，传输给故障诊断中心，从而实现故障诊断服务以及信息咨询服务。故障诊断专家系统具有诊断数据库，诊断系统之下是本地诊断系统、监控中心以及远程诊断中心，远程诊断中心和蓝牙数据传输模块连接，在监控中心上连接着多个蓝牙数据传输模块，传输模块和单机数据处理系统相连接，数据处理系统连接着数据采集模块，并与各个机床相连接。

2 远程故障诊断系统的功能模块

图1 系统功能模块

2.1 监控模块

针对数控机床状态展开监控，将信号检测提取出来，通过电气适配接口该终端可以连接到传感器中，传感器被安装在设备重要位置，如主轴、轴承、液压传动部件等。通过传感器在线检测，了解这些关键位置的重要信息。传感器监控对象包括进给轴、液压气动装备以及主轴等设备，监测信号包含振动信号、温度信号、功率信号以及压力信号等。对于振动信号的采集，需要使用加速度传感器，同时，使用温度传感器获得温度信号，将电流信号和电压信号转换后，可以获得功率信号。

2.2 通信网络模块

使用蓝牙设备建立通信需要查询蓝牙设备、建立连接、鉴别权限以及通信四个环节。首先，数据终端发现局域网访问点，数据终端应用接入局域网，先启动发现协议，向可以回应LAP 发送查询请求。LAP 作为蓝牙服务发现协议服务商，拥有服务数据库，在数据库中包含各个接入点提供的服务以及不同属性，在服务协议机制中形成连接需要的全部服务信息。

2.3 用户管理模块

用户需要使用账号和密码打开软件，在账号密码全部正确后，用户才可以进入系统中。

2.4 远程诊断中心

作为整个系统中最为重要核心的部分，远程诊断中心包含远程诊断程序和专家系统两个部分构成。

图2 远程诊断中心结构

2.4.1 故障诊断模块

远程诊断程序包含通信部分、分析诊断部分、用户管理部分、远程合作管理部分以及知识库管理构成。通过利用网络通信模块，对系统状态展开实时监测，并实现诊断终端、主机以及诊断中心的沟通，是整个系统最为基础的一部分。故障诊断模块可以完成在线故障诊断服务，可以利用离线信号进行故障诊断，对故障信息随时查询。用户管理模块则满足用户注册功能，验证用户密码。知识库在系统中负责添加整理知识，满足于故障的分析，对模块需要的知识进行诊断。远程管理模块最重要的作用是为咨询诊断工作提供网络平台，方便与异地工程师的合作诊断。

在系统检测到故障问题时，开始执行程序。在本系统程序中使用条件结构，使得故障得以显示。在条件结构中语句是通过字符串形式显示，由于字符串数据无法同时输出。因此，需要控件结构将字符串整合起来，让字符串可以依据设定顺序完成合并连接。由于在一个条件结构之内输出字符串，如果增加延时函数，让字符串输出可以呈现出打字效果，那么字符串并不在条件结构中。在条件全部满足“是”时，本系统“否”的字符串可以通过连接函数直接输出字符串。

2.4.2 专家会诊模块

使用网络实现故障远程诊断，让工程师可以了解服务器变化，使得远程专家故障诊断得以实现。在配置好网络服务器后，浏览器中URL 栏中可以输入网址，异地工程师利用系统异地访问服务器文档，对数据库故障进行远程诊断，提供技术支持。专家系统可以向知识库自动补充知识，整理知识库，让诊断更有效率。系统诊断如果没能达到客户满意的效果，远程协作模块可以将故障问题的信息和系统诊断结果发送给专家，和专家进行现场通信，共同进行诊断信息的讨论。

2.5 系统配置

2.5.1 处理终端配置

在系统的硬件配置上，使用嵌入式计算机、传感器、信号调度模块以及电源模块构成了处理终端。在系统软件配置上，处理终端软件使用NC 功能软件、信息采集功能软件、故障处理软件以及远程通信软件构成。

2.5.2 诊断中心配置

诊断中心在硬件配置上，使用了数据库服务器、诊断服务器以及数据通信服务器，其中也包含了防火墙。在软件配置上，使用了诊断中心软件来负责数控机床状态的监测，实时处理终端数据包以及故障数据包，从而实现故障问题的诊断，为故障问题提供维修指导。在软件中设置了数据库管理、远程通信、智能专家诊断以及远程协作四大功能。

2.6 扩展功能

对于设备而言，本系统功能有着良好扩展性，可以适用于企业局域网和无线网。这样的适用性满足了企业设备管理的要求。应用设备远程故障诊断系统后，要注意建设网络环境。使用该网络环境，让数控机床可以提供更广泛的服务，让售后服务体系更加完善。在网络基础上建设远程故障诊断系统，让企业获得了一个良好的创新服务平台，不仅有效的减少了售后服务花销，更让维修工作效率大幅提升，使得服务功能更加多样化。

3 远程故障诊断系统的功能分析

随着技术不断发展，传感器被使用在故障诊断工作中，传感器采集设备产生的信息如振动信号等，分析振动信号频域时域，确定设备故障状态，分析故障特征以及出现位置。在此同时利用计算机技术和人工智能技术，形成了专家系统，让故障问题获得了全新的分析处理方式。通过专家系统对故障问题的分析，能够凭借专家系统专业知识和积累的经验，对设备故障问题进行全面的分析诊断，有效地节约了诊断成本。远程故障诊断系统具备下述功能：（1）诊断功能。系统根据故障信息，分析故障产生原因，并提出对应的维修措施，给出分析过程的解释，增加用户对于推理结论的认可。（2）可以自行添加、查阅专家系统的规范。（3）远程诊断功能。通过远程诊断，用户在网络环境下随时使用系统维护设备，减少了人力投入。（4）用户界面。系统具备良好的用户界面，方便于用户的操作和使用，经过授权的用户可以随意使用系统。出于安全考虑，系统必须要对用户进行审核，允许安全用户进入系统。

4 远程故障诊断系统的优势

4.1 减少维修成本

在网络技术基础上建立远程故障诊断系统，一旦广泛使用，将会大幅度减少维护故障花费的成本，让设备管理日常维护成本得到大幅度减少。在建设成本最初阶段，可以一次性投入建设系统，在后续维护上成本花费也十分低。但是采集故障数据、共享故障数据等多个方面，系统能够发挥出巨大的作用。在异地诊断中，减少邀请诊断专家需要花费大量的时间成本、资金成本和人力成本，成本的节约也会给企业带来可观的经济收益。

4.2 提高诊断效益

无论是对于生产机床设备的企业还是使用机床设备的企业，远程诊断系统的使用都可以发挥出巨大的价值，让生产效益得到大幅度提高。对于生产企业来讲，提供远程诊断服务可以让设备故障成本得到大大减少，同时，让维修设备故障以及排除设备故障的效率得到明显的提高。从另一方面讲，反馈整合故障信息可以更加及时，企业改进设备时效不断缩短，让设备运行的性能更加突出，企业竞争力也可以获得提升。对于销售设备企业而言，远程诊断服务能够区别于销售环节，在同生产企业合作后，建立远程诊断中心以及售后中心，让售后专业能力不断增强，提高企业口碑，开阔市场空间。对于使用设备的企业而言，应用远程故障诊断系统可以让企业运行效率得到提高，最大程度地减少设备故障对于生产的影响，实现共赢的局面。

4.3 挖掘故障信息价值

应用网络技术后可以让传输信息的速度更高，让信息资源实现共享，网络传输可以让信息高效高速的传输，对于故障信息远程传输和整合可以发挥出巨大作用。利用故障信息建立数据库，数据库将推动故障信息的共享，让故障检修排查更有效率。在后续故障信息中，对比故障数据和数据库中的数据，能够快速读取故障档案，确定故障类型，完成跨区域合作，让机床设备信息能够在短时间内发挥出巨大的价值，为故障诊断和维修提供指导，提高诊断维修效率，推动机床故障维修的技术水平。

5 结语

综上所述，本文对远程故障诊断系统进行了整体分析，该系统利用用户管理模块、通信传输模块、远程诊断模块等对设备进行远程诊断，远程诊断系统的应用让设备故障诊断和维修效率明显提高，有效地降低了检修成本。通过系统的应用，设备故障可以快速修复，从而减少故障问题带给设备生产的影响，可以给应用企业带来巨大的经济收益，具有重要的应用价值。