（机械电子工程专业论文）基于远程网络的掌上巡检及其管理模式研究.pdf

郑州犬学硕士学位埝文 摘要 设备巡检工作对保障设备安全生产和提高企业管理水平都有重要意义。为克 服传统的设备巡检系统的诸多弊端，提高巡检工作的便携性、有效性和加强对企 业设备的篱理，本文首先对设冬巡捡系统的需求j 眭目标进行了分柝，给出了巡捡 系统的解决方案，然后开发了一种网络化设备巡检系统。主要工作如_ f ： 1 给出了设备巡捡系统的总体构架。该设备巡捡系统由前台掌上巡捻仪和届 台设备巡枪管理系统两大部分组成。前台主要负责按巡检计划进行巡检，后台主 要负责对巡检信息进行分析、管理和发布。 2 构建了掌上巡检仪的磺件平台。掌上巡梭仪硬件系统主要基于嵌入式系统快 速研发平台即x h y p e r 2 5 5 硬件开发平台进行开发，它主要有采集板、主板、液晶 薜和魅摸屏网部分维成。为提高采集速度及采集性戆，嫒件系统采耀双c p u 结梅， 即采集板和主板上分别有自己的处理器。采集板和主板之间通过串口进行通讯。 系统采用了触摸屏和液晶屏显示器分别作为系统的输入设备和竣出设备，方便了 仪器的操作并大大减小了仪器的体积和重量。为了降低系统的功耗，实现了液晶 显示器自动关屏功能。 3 结合硬件结构平台盼特点构建了掌上巡检仪的软件运行平螽。软件系统采用 了嵌入式l i n u x 作为其操作系统，利用m i n i g u i 图形系统为嵌入式系统提供图形支 持，其体工作包括：b o o t l o a d 钉下载、l i n u x 肉核豹移植、文件系统浆移植莘鹾m i n i g u l 的移植。运用l i n u x 下标准c 语言进行开发了设备巡检软件，该软件主要具有系统 管理模块、点捡模块、巡捡模块、历史追忆模块和数据通信模块五大模块。为了 能及时分析现场数据，巡检软件实现了常用的时域、频域信号分析方法。另外， 为了方便输入或修改数据，巡检软件实现了数字软件盘功能。最后将巡检软件交 叉编译并移植到掌上巡检仪。 4 实现了巡检系统的网络化。前台巡检仪与后台巡检管理系统服务器之间采用 了c s 模式阏络构絮，从而实现它销之间的网络逶信。蠹台远程网络功能盼实现采 用了b s 模式网络构架，最终达到支持远程共享和远程访问的目的。最后，对巡检 管理豹模式进行了些分拆秘探讨。 该仪器集数据采集、存储、分析、追忆、通信功能予一体，且具有体积小， 熏量轻，便于携带，操作方便等特点。它不但可以及耐对现场信号进行基本的时 域和频域分析，还可以将采集数据通过嗣络上传到后台。因为前台掌上巡检仪具 谢分析功能，因此前台可以独立工作。后台巡枪管理系统可以对巡捡数据进行各 郑搦_ 大学硕士学位泛文 种分析、诊断及报表，而且还可以通过w e b 查询巡检信息，从而实现对巡检倍 患的远程访闻。 关键词；巡检系统；嵌入式技术；故障诊断；m i n i g u i ：l i n u x 郑州大学硕士学位论文 a b s t r a c t e q u i p m e n ti n s p e c tt o u ri sv e r yi m p o r t a n tf o rt h es a f e t yi np r o d u c t i o na n dt h e i m p r o v e m e n t o ft h em a n a g e m e n ta c t i v i t i e si na ne n t e r p r i s e t oo v e r c o m et h e d e f i c i e n c i e so f t r a d i t i o n a lp a t r o ls y s t e ma n di n c r e a s et h ec o n v e n i e n c ea n da v a i l a b i l i t yo f i n s p e c t i o nt o u ra n de n h a n c et h em a n a g e m e n to ft h ef a c i l i t i e s ，t h ep a p e ra n a l y z e st h e d e m a n d sa n dp u r p o s e so ft h ei n s p e c tt o u rs y s t e m ，t h e np r e s e n t sas o l u t i o nt oi n s p e c t i o n s y s t e m ，a n dd e v e l o p san e t w o r k e di n s p e c t i o nt o u rs y s t e m t h em a i nc o n t e n t so ft h e t h e s i sa r ea sf e l l o w s ： 1 t h e m a i na r c h i t e c t u r eo f i n s p e c tt o u rs y s t e mi sp r e s e n t e d t h es y s t e mc o n s i s t so f a n t e r i o rh a n d h e l dp a t r o ld e v i c ea n di n s p e c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m i n s p e c t i n go n s c h e d u l ei st h em a i nt a s ko f t h eh a n d - h e l d p a t r o ld e v i c e , a n dt h ei n s p e c t i o ni n f o r m a t i o n c a l lb ea n a l y z e d ，m a n a g e da n da c c e s s e df r o mt h ei n s p e c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m 2 t h eh a r d w a r ep l a t f o r mo ft h e p o r t a b l ep a t r o l d e v i c ei se s t a b l i s h e d t h e d e v e l o p m e n to ft h eh a r d w a r es y s t e mo ft h ep o r t a b l ep a t r o ld e v i c ei sm a i n l yb a s e do na q u i c kd e v e l o p m e n tp l a t f o r mi e x h y p e r 2 5 5d e v e l o p m e n tp l a t f o r mf o re m b e d d e d s y s t e m i ti sm a i n l yc o m p o s e do fad a t aa c q u i s i t i o nb o a r d ，am o t h e r b o a r d ，al i q u i d c r y s t a ld i s p l a ya n dat o u c h s c r e e n t oi m p r o v es a m p l i n ge f f i c i e n c y , d o u b l ec p u s t r u c t u r ei sa d o p t e d ，i e t h em o t h e r b o a r dh a sap r o c e s s o ra n dt h ed a t aa c q u i s i t i o nb o a r d a sw e l l t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h et w ob o a r d si ss e r i a lc o m m u n i c a t i o n t h i s h a r d w a r es y s t e mu s e st o u c h s c r e e na si t si n p u td e v i c ea n du s e sl i q u i dc r y s t a ld i s p l a ya s i t so u t p u td e v i c e ，w h i c hm a k et h eo p e r a t i o no f t h ep o r t a b l ep a t r o li n s t r u m e n tc o n v e n i e n t a n dc a ng r e a t l yr e d u c et h es i z ea n dd e c r e a s et h ew e i g h t i no r d e rt or e d u c et h ep o w e r c o n s u m p t i o n ，t h el i q u i dc r y s t a ld i s p l a yc a np o w e ro f f a u t o m a t i c a l l y 3 t h er u n n i n gp l a t f o r mf o rt h ep o r t a b l e p a t r o ld e v i c es o f t w a r ei s e s t a b l i s h e d a c c o r d i n gt ot h eh a r d w a r ep l a t f o r m t h es o f t w a r es y s t e mu s e se m b e d d e dl i n u xa si t s o p e r a t i n gs y s t e ma n du s e sm i n i g u ig r a p h i cs y s t e ma st h eg u io f t h ee m b e d d e ds y s t e m t h ew o r kc o n t a i n sl o a d i n gb o o t t o a d e ra n dt r a n s p l a n t i n gl i n u xk e r n e l ，t h ef i l es y s t e m a n dm i n i g u i t h e nt h ee q u i p m e n ti n s p e c ts o f t w a r ei sd e v e l o p e dw i t ht h es t a n d a n dc p r o g r a ml a n g u a g eu n d e rl i n u x i ti sm a i n l yc o m p o s e do fs y s t e mm a n a g e m e n tm o d e l ， i n s e p c tm o d e l ，i n s p e c tt o u rm o d e l ，r e c a l l i n gm o d e la n dt r a n p o r t i o nm o d e l i no r d e rt o a n a l y z et h es i g n a l so n s i t ei m m e d i a t e l y , t h ec o m m o nm e t h o d so fs i g n a la n a l y s i si nb o t h 郑州大学硕士学位沦文 t i m ed o m a i na n df r e q u e n c yd o m a i na r ep r o v i d e d i na d d i t i o n ，t h en u m b e rs o f tk e y b o a r d i sp r o v i d e df o ri n p u t t i n ga n dc o r r e c t i n gn u m b e r i nt h ee n d 。t h ei n s p e c tt o u rs o r w a r ei s c r o s sc o m p i l e da n dt r a n s p l a n t e d 4 t h en e t w o r k e dr e a l i z a t i o no fi n s p e c tt o u rs y s t e mi sc o m p e t e d t h en e t w o r k a r c h i t e c t u r eb e t w e e nt h ep o r t a b l ep a t r o ld e v i c ea n dt h es e v e rc o m p u t e ri sc sm o d e ，s o t h ec o m m u n i c a t i o no ft h e mi sr e a l i z e d a n dt h es e r v e ra d o p t st h eb sn e t w o r k a r c h i t e c t u r e ，s ot h ei n s p e c t i o ni n f o r m a t i o na n dr e s u l t sc a nb ea c c e s s e do nt h ei n t e m e t f i n a l l y ，t h em a n a g e m e n tm o d eo fi n s p e c t i o ni sa n a l y z e da n dd i s c u s s e d t h ep o r t a b l ep a t r o li n s t r u m e n ti n c o r p o r a t e sm a n yf u n c t i o n si nau n i t ，i n c l u d i n g d a t aa c q u i s f f i o n ，s t o r a g e ，a n a l y s i s ，r e t r o s p e c t i o na n dc o m m u n i c m i o n ，e t c a n di t i s c h a r a c t e r i z e db ys t r u c t u r ec o m p a c t n e s s ，l i g h tw e i g h t ，e a s yp o r t a b i l i t ya n ds i m p l e o p e r a t i o n i tb o t hc a na n a l y z et h es i g n a l so n - s i t ei nb o t ht i m ed o m a i na n df r e q u e n c y d o m a i ni nt i m e ，a n di ta l s oc a nu p l o a dt h ep a t r o ld a t at ot h es e r v e r i tc a ni n s p e c t i n d e p e n d e n t l yb e c a u s eo fh a v i n ga n a l y s i sf u n c t i o n t h ei n s p e c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m c a na n a l y z ea n dd i a g n o s et h ei n s p e c t i o nd a t ab ys o m em e a n s ，a n dt h er e s u l t sc a nb e r e p o r t e di nr e p o r tf o r m s ，i na d d i t i o n ，t h ei n s p e c t i o ni n f o r m a t i o na n dr e s u l t sa l s oc a nb e a c c e s s e dt h r o u g ht h ew e b ，w h i c hm e a n si tc a nb ea c c e s s e df r o md i s t a n c e k e yw o r d s ：i n s p e c t i o ns y s t e m ；e m b e d d e dt e c h n o l o g y ；f a u l td i a g n o s i s ；m i n i g u l ； i i n u x v 郑州人学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源及研究意义 1 1 1 课题来源 1 国家“8 6 3 ”项目子项目：嵌入式软件开发技术与支撑平台研究( n o 2 0 0 4 a a i z 2 4 2 0 ) 。 2 河南省重大科技攻关项目：设备远程诊断技术及系列产品的开发( n o 0 1 2 2 0 2 2 0 0 0 ) 1 1 2 课题的提出及意义 自二十世纪六七十年代产生以来，随着计算机技术及数字信号处理技术的迅 速发展，机械设备故障诊断技术已经广泛应用予电力、石油化工、冶金等行业的 机械设备诊断中。利用故障诊断技术可以延长设备维修周期，缩短维修时间，为 制定合理的检修制度提供依据，变原来的定期维修为预知维修，避免过剩维修， 同时可以通过对机械运行状态进行监测，及时对故障发展趋势进行早期诊断，并 给出应对措施，从而保证设备安全运行j 。 目前保障生产设备的稳定、安全运行的方法很多，但就实效性来分，主要有 两种：在线监测系统和设备巡检系统【2 l 。在线监测系统的优点是即时、迅速、实时 性好，但不够灵活，造价高，一般用在企业的大型关键设备上。而设备巡检系统 具有轻巧灵便、成本较低、灵活性好，测量对象多，而且能自己供电等优点【”。对 于那些大量分散的次关键设备的监测，常常是由以设备巡检仪器为主的巡检系统 来完成的随着以设备监测技术为基础的设备管理思想从大型设备逐步深入到中 型和小型设备的管理中。设备巡检系统逐渐成为故障诊断领域的主力1 4 】。而目前的 设备巡检系统，并不能满足应用的要求，具体表现在以下几个方面： t 、大多数设备巡检仪体积大、质量重、便携性差，不便于现场使用。 2 、大多数设备巡检系统的前端功能比较简单，有的仅仅只起到数据采集的作 用，具体分析还要传到后台进行分析，不能满足现场及时分析的需要。 3 、一些设备巡检系统的信息需要手工输入，而且工作量比较大，巡检人员的 工作强度大，而且容易出错，从而影响了巡检质量。 郑州大学硕十学位论文第一章绪论 4 、一些设备巡检系统采用键盘输入，人机交互界面不够友好，操作复杂。 5 、多数设备巡检系统是一套独立系统，既不支持网络功能，不能进行远程访 问和远程诊断，也很难融入企业内部的信息管理等系统，不便于数据与分析结果 的相互交流和共享。 6 、国外高端设备巡检系统使用非开源软件，价格昂贵，不利于广泛使用，也 不利于产品的更新换代【5 】。 以上几点问题限制了设备巡检系统在各个领域中的广泛应用。而随着计算机 和网络技术的发展及广泛应用，设备管理从分散式管理向集中式管理发展，从静态 管理向实施动态管理发展。传统的巡检模式及巡检系统带来的弊端越来越明显， 越来越不能满足设备管理要求。综上所述，对设备巡检系统的研究有很大的实用 价值。 1 2 设备巡检系统的发展与研究现状 设备巡检系统的发展大致经历了人工巡检阶段、半自动化阶段和智能化阶段 三个阶段。 1 、人工巡检阶段 人工巡检阶段，对各种设备的捡查是采用巡检人员定时( 如每小时一次) ，根 据巡视检查卡所列项目，对照实际设备逐一进行检查。每检查一项应立即在巡视 检查卡上的相应栏内手工记录巡检结果，然后向有关部门上报巡检结果。这样就 存在以下问题： 巡检人员巡检设备时不按规定的巡检路线进行，有的漏检设备，有的漏检 项目，巡检不到位现象时有发生： 巡检人员不按规定时间去巡检设备，存在补记巡检记录的现象。因而不能 达到规定的巡检次数，造成收集到的数据使用价值不高； 纸质的巡检记录卡很容易破损或被污渍弄脏，数据填错也不易修改； 对历史记录的分析统计，需要查找大量的纸质卡片，工作量大且效率低 由于以上问题的存在，使巡检记录的完整性无法保证。特别是一些严重缺陷 未能及时上报和处理，延误处理从而发生严重事故，造成不必要的损失。在事故 发生后缺乏故障分类、统计分析，易造成责任不清这样很难满足对安全生产日 益增高的要求；对人员是否到位检查，很难把关，巡检质量不高。 随着计算机的出现，这一局面逐渐改变，设备巡检管理系统也应运而生 2 、半自动化的设备巡检系统 在这个阶段最为典型的就是信息钮设备巡检系统，该系统由管理主机、安装 2 郑州大学顾七学位论文第一章绪论 于工作现场的钮扣式信息钮、巡检人员所持的手持式巡检仪、用于计算机下载数 据的通信插座以及配套软件组成。 这种信息钮是一个被密封在防蚀不锈钢底座中的电子记忆芯片，每个信息钮 都有唯一的编号，这个编号作为设备的识别号码。它的巡检流程为：巡检人员按 巡检路线到现场，将巡检仪与信息钮接触，在声光的提示下，表明识读成功，即 将该信息钮编号读入巡检仪中，并与巡检仪内置时钟记录的时间一起构成有效的 巡检数据记录在巡检仪中。然后将巡检结果( 设备的运行情况) 添加到与人工巡 检阶段一样的巡检记录卡中，巡检人员定期将巡检仪和巡检记录卡交给管理人员， 管理人员将巡检仪插入与计算机串口相连的专用通讯插座中，通过计算机内的软 件将巡检仪上的巡检数据读入计算机中，然后手工将巡检记录卡内容录入到计算 机中。这样所有的数据被一目了然的显示、存储在计算机中，根据考核标准进行 分析、处理、统计、制作报表、打印输出，给管理者提供考核依据。 该系统将信息采集技术与计算机技术结合，提高了巡检工作的规范化及科学 水平，确保了巡检人员的到位巡视。因此，这项技术得到了推广，在电力行业、 邮电系统、医疗系统、交通运输系统、安全检查系统、生产线巡检系统及设备维 护、保养、质量追踪等系统中得到了广泛应用。但是，它还是存在不少问题。 首先，这种手持式巡检仪器只能存储少量的信息，而且没有可视化的人机交 互界面，只实现了部分信息的自动录入，如日期时间、工号等。其他一些重要信 息还需采用原始的方法录入，比如设备的缺陷内容我们还需要人工记录在巡检记 录卡上。巡检结果还必须手工录入到计算机中，而且需要手工输入的信息繁多， 工作量大，输入速度慢，效率低，而且容易出错。其次，因为巡检仪和信息钮每 次巡检都需要接触才能采集到数据，所以大大降低了仪器的使用寿命。 3 、智能化的设备巡检系统 随着计算机技术的进步出现了新的智能化数据采集器，这种采集器由于加入 了许多新的功能，所以它很快被引入到了设备巡检系统中 这种数据采集器可以存储更多的数据，拥有人机交互的屏幕，这样巡检人员 就可以在巡检仪上获得更多的信息，方便了巡检人员的使用，并且还解决了接触 式仪器所带来的使用寿命短的问题，它可以自动识别条码，不需要接触就可以读 取数据，延长了仪器的使用寿命该系统由管理主机、安装于工作现场的条码、 巡检人员所持的手持巡检仪( 数据采集器) 、用于计算机下载数据的通信插座以及 配套软件组成。 这个阶段管理系统流程与半自动化阶段的流程基本相似，只是采集数据和上 传数据时完全自动化，在巡检现场巡检人员不再需要手工填写巡检记录卡，只需 要在数据采集器上进行选择或进行一些简单的数字录入操作即可；在管理主机方 郑州大学硕十学位论文第一章绪论 面也不需要手工录入巡检结果，基本上实现了智能化。 虽然智能化阶段比半自动化阶段有了进步，但是还有一些问题有待解决，例 如：数据采集器的功能单一，界面单调，屏幕太小因而放不下较长的信息，所以 一些软件设计者只好采用一个代码去标识一串文字信息，这样巡检人员就必须记 忆这些代码的含义，给巡检人员的使用带来了不便。 目前，在国外产品中，新一代的设备巡检系统已经问世。如日立建机的e x d r 故障诊断系统。手持式终端读取现场采集的全部工况数据并存储后，在机房中将 数据输入到处理机中，借助计算机进行故障分析和判断。这种方式可以降低成本， 并进行复杂的故障分析，也便于进行维修及数据打印、报表等。美国b e n t l y n e v a d a 公司的d d m 动态数据管理系统、t d m 瞬态数据管理系统，丹麦b k 公司的便 携式数据采集分析系统等国外设备巡检系统虽然能够实现及时分析现场巡检数 据，但是国外产品的购买和维护代价都比较高。 设备巡检系统的研究与应用，在国内虽然起步较晚，但由于设备巡检工作对 巡检系统的迫切需要。目前，结合已有技术及应用环境，国内已经成功研制开发 出一些设备巡检系统，并且已经应用于实际生产，开始发挥一定的作用。例如哈 尔滨工业大学、清华大学、西安交通大学、浙江大学、郑州大学等单位陆续推出 的便携式采集分析系统这些系统成功地用于石化、钢铁等大型工业企业中，在 工业生产现场实际生产中，发挥了一定的作用。但是大多数产品还只是停留在前 端采集、显示波形，然后将采集数据导入后台来实现复杂的分析功能的模式，前 端实现的频谱分析功能很少或几乎没有。而国外的产品虽然具有较强的前端分析 功能和极强的后台分析、诊断、管理软件支持，但是价格十分昂贵。 从设备巡检系统的发展可以看出，设备巡检系统的建立主要考虑数据采集、 数据传输、数据处理等几个方面，综合采用各种先进的软、硬件技术完成系统的 设计、集成与运用一些文献中提到的得到应用的巡检系统嘲【7 搠，分别采用不同 的硬件、软件或系统集成技术，在只读信息钮、信息钮识读器、通信座的研制与 开发、系统的组成以及管理软件的主要功能模块的实现等方面，各具特色，都表 现出了一定的适用性，在各自的应用环境中取得了较好的应用效果。 纵观巡捡仪的研制、开发与应用，我们不难发现，巡检系统的具体实现在很 大程度上受各种软、硬件开发技术的制约。其中，巡检信息采集技术的发展、计 算机技术的发展表现得最为明显。而设备巡检系统的研究与开发所涉及的相关技 术也相当广泛。日前，它们各自的发展与应用研究也在不断地深入，主要包括g i s 技术、专家系统技术、可视化技术、数据库技术等等。把这些先进的技术应用到 设备巡检工作中，不仅拓宽了这些技术的应用领域，更重要的是能够极大地提高 设备巡检工作的效率和管理水平。 4 郑州大学硕士学位论文 第一章绪论 纵观国内外情况，设备巡检系统有如下明显的发展趋势： 数据采集器的便携化。设备巡检系统的数据采集装置将由便携式数据采 集器担任。 网络化。目前多数是由传感器、数据采集器和p c 机及其监测与诊断软件 组成一套独立系统，既不能相互连接，也很难融入企业内部的信息管理 等系统，不便于数据与分析结果的相互交流和共享。因此，支持网络， 让离线系统形成网络系统的一个工作站，是将来发展的一个必然趋势。 这样离线系统就不再是一个孤立的系统。【9 0 1 1 1 1 1 2 l 【1 3 1 4 1 1 3 本文的主要工作 鉴于设备巡检系统的发展和研究现状，本课题主要应用嵌入式技术实现便携式 系统的小型化、轻量化，另外通过网络技术和数据库技术实现巡检设备对远程访 问的支持以及对采集数据的管理。具体来说，本课题主要内容如下： 1 ，根据巡检系统开发的总体要求以及巡检系统的数据采集、数据分析、显示、 通讯等功能要求，结合信息系统的先进性、可靠性、实用性等开发原则，提出了 巡检系统的总体构架。设备巡检系统采用前后台工作模式，即巡检系统总体结构 上由前台掌上巡检仪和后台设备巡检管理系统两大部分组成。前台负责按巡检计 划进行巡检，后台主要负责对巡检信息进行分析、管理以及数据发布。前台掌上 巡检仪具有数据采集和波形频谱分析功能，因此前台可以独立工作。 2 、构建了掌上巡检仪的硬件平台结构，它主要有采集板、主板、液晶屏和触 摸屏四部分组成。为提高采集速度及采集性能，硬件系统采用双c p u 结构，即采 集板和主板上分别有自己的处理器。采集板和主板之间通过串口进行通讯。硬件 系统为了实现体积小重量轻的特点，充分利用了嵌入式技术。为了实现系统的便 于操作和低功耗，系统采用了触摸屏技术和液晶显示屏，并实现了屏幕自动关屏。 3 、结合硬件结构平台的特点搭建了掌上巡检仪的软件运行平台，具体包括： b o o t l o a d 盯下载、l i n u x 内核的移植、文件系统的移植和m i n i g u l 的移植。根据开发 需要，在宿主机上构建了软件开发环境，然后实现了设备巡检软件。该软件主要 具有系统管理模块、点检模块、巡检模块、历史追忆模块和数据通信模块五大模 块，各个功能模块又可以划分为一些子功能模块。在巡检、点检及进行历史追忆 时，都可以对数据进行分析，实现了波形图显示、频谱分析等常用信号分析方法。 另外，为了便于输入或修改数据，提供了数字软件盘功能。最后将巡检软件交叉 编译并移植到掌上巡检仪。 4 、实现了巡检系统的网络化并对巡检管理模式进行了探讨。前台巡检仪与后 郑州大学硕十学位论文 第一章绪论 台巡检管理系统服务器之间采用了c s 模式网络构架，从而实现它们之间的网络 通信。后台远程网络功能的实现采用了b s 模式网络构架，最终达到支持远程共 享和远程访问的目的。本系统中，实现设备状态管理，主要实现了对巡检工作的 管理、对设备信息的管理、人员分工的管理和系统安全管理等。通过巡检对设备 进行管理主要采用树形结构管理模式，通过巡检系统的远程网络功能以及树形结 构管理模式，最终实现对设备的集中式动态查询和管理。 1 4 本章小结 设备巡检系统具有轻巧灵便、成本较低、灵活性好，测量对象多，而且能自 己供电等优点。随着以设备监测技术为基础的设备管理思想从大型设备逐步深入 到中型和小型设备的管理中，巡检系统的设计与开发成为设备状态管理的热点， 而传统的巡检系统具有巡检仪便携性差、功能单一等诸多弊端，在分析了巡检系 统的研究现状后，结合巡检系统便携化和网络化的发展趋势，充分应用嵌入式技 术和网络技术，对掌上巡检系统进行设计与开发。 6 郑州大学硕十学位论文第_ 二章设备巡检系统的总体设计 第二章设备巡检系统的总体设计 2 1 设备巡检系统的特点 巡检是指按既定计划的先后次序依次完成设备状态检验。设备巡检系统是指 具有数据采集、数据处理、通信和信息管理等功能于一体的应用系统。设备巡检 系统一般具有如下特点【1 5 1 ： 1 ，系统实施成本较低 2 、需要人工参与。 3 、巡检对象地理位置较为分散。 4 、非实时性 5 、数据采集灵活性高，采集数据较为全面。 由于需要巡检员到现场采集数据，这一点不同于在线监测系统。因此，该系 统实施成本较低，并且使系统数据采集的灵活性和全面性得到提高。 2 2 设备巡检系统的基本结构 一般来讲，一个典型的设备巡检系统应具备如下三部分： l 、数据采集部分 数据采集部分主要在巡检仪器上实现，它包括巡检导航、数据采集和数 据保存等 2 、信息管理部分 一般在p c 机上，信息管理部分由专门的巡检管理软件实现。它一般由 数据分析与处理、数据报表、巡检计划管理与制定等部分组成。 3 、数据通信部分 数据通信部分负责巡检计划的下载和巡检数据的上传等工作。 2 3 设备巡检系统开发的总体要求 根据设备巡检的实际需要，本巡检系统除了满足基本巡检功能外还应具有如 下特点： l 、系统应为开放型分布式系统，要求具有良好的兼容性和可扩充性，可以对 郑州人学硕士学位论文 第二章设备巡检系统的总体设计 系统进行二次开发。 2 、系统具有良好的稳定性，系统的抗干扰能力强，并且具有良好的防雷防潮 性能。 3 、系统使用灵活方便系统具有友好的人机交互界面，操作维护方便。 4 、系统应能够满足巡检和数据分析与处理的各项要求。系统数据分析处理功 能强大。 5 、系统经济实用，具有较高的性价比。 2 4 设备巡检系统的功能要求 本课题主要应用嵌入式技术实现便携式系统的小型化、轻量化，另外通过网 络技术和数据库技术实现巡检设备对远程访问的支持以及对采集数据的管理。为 了实现巡检系统的设计目标，应满足以下功能要求： 1 、数据采集功能 采集信号类型可变实现巡检仪的适用性，使它既能接加速度传感器，也 能接位移和速度传感器。 数据采集要求采集信号类型能实现可控切换。 采集方式要求既能满足有鉴相信号的双通道同步整周期采集，又能满足无 鉴相信号的自由采集。 采样精度满足分析要求，采用精度高的刖d 转换。 2 、输入与显示功能 系统能够实现基本的输入需要。另外，显示能满足光线黑暗的工作环境中清 楚阅读和输入数据。 3 、通讯功能 能方便地将巡检仪中的数据上传到巡检管理数据库，同时能将巡检计划和巡 检信息下载到巡检仪上 4 、巡检分析功能 不但能够满足在巡检仪上现场分析设备状态，而且能够将巡检数据上传，由 巡检管理软件对巡检情况进行进一步分析和处理。 5 、数据分析处理功能 巡检管理系统可以利用巡检仪上传的数据进行各种分析和处理。巡检管理系 统具有强大的数据分析功能，除了提供波形图、频谱图、相关分析、功率谱等常 规时域和频域分析外，还能够提供趋势分析以及全谱、全息谱等全信息数据融合 技术。管理系统还可以由专家诊断予系统给出诊断结果和建议。并可以自动生成 郑州火学硕士学位论文 第二二章设备巡检系统的总体设计 故障报表。 6 、远程网络功能 通过w e b 服务器获取设备巡检系统中的数据，所有信息通过w e b 服务器进行发 布，也可通过w e b 进行查询、打印和报表输出。 7 、报表功能 根据上传数据，可生成选定时间段的指定设备或任何设备的报表，以便于管 理人员的分析，并具有存储、打印、方便查询等功能。 8 、系统维护升级功能 系统具有维护升级功能。给系统管理员提供一个修改数据库的接口。系统管 理员可以修改设备数据库、巡检人员数据库、历史数据库。提供历史数据备份、 数据导入导出及删除历史数据记录的功能。 2 5 设备巡检系统的开发原则 该掌上巡检系统的开发应遵循以下原则，即系统的先进性、实用性、可靠性、 开放性和可扩性 1 、先进性 整个平台系统设计必须把握最新电子技术，计算机技术、网络通信技术、多 媒体技术和传感器技术的发展方向，采用先进的体系结构，选择先进的软件和硬 件技术构造系统的支撑平台和运行环境，利用主流的器件，确保系统的技术领先 水平。 2 、实用性 整个系统设计既要按照国家有关的设计规范和标准执行，又要考虑我国电子 行业的具体实际情况，充分考虑使用人员素质、工作习惯、专业结构等诸多因素 产生的综合影响，要以人为本，贯彻产品是为人服务的，注重突出各项功能的实 用性，人机界面简洁、可操作性强。 3 ，开放性和可扩充性 当代整个电子行业的发展是非常迅猛的，对产品的各种需求变化也非常快， 设计产品时不可能完全考虑到以后的各种需求，为了以后的产品能够随时方便的 满足用户的需求，要求产品的设计必须具有良好的开放性和可扩充性既要很好 满足系统现有的要求，又要充分考虑今后一定时期内巡检系统发展的进一步需求 系统采用的设备和技术均应符合当今技术发展的趋势，使系统具有进一步发展的 潜力。 4 、可靠性和安全性 9 郑州大学硕七学位论文第二二章设备巡检系统的总体设计 在保证系统先进性的同时，也要保证巡检仪和巡检技术的稳定性和实用性， 并具备较高的性价比。设计中要尽可能充分考虑到可能出现的各种情况，采取相 应的技术措施，保证应用系统数据的安全，制定合理权限，防止非授权的访问， 尽可能减少故障，保证系统具有良好、持续的运行性能。此外，系统还应考虑容 错性能和数据备份的功能，从而进一步加强系统的可靠性，最大程度上保证应用 系统的正常运行。 本课题将根据以上原则，实现一种数据采集、信息管理和数据通信等功能于 一体的计算机应用系统。 2 6 设备巡检系统的开发方法和开发环境 2 6 1 设备巡检系统的开发方法 设备巡检系统的开发是一个复杂的工程，它涉及到信息处理技术、计算机硬 件技术、计算机软件技术、系统理论以及管理组织结构模式等各方面的问题，至 今仍然没有一种统一完备的开发方法。但是每种开发方法都要遵循相应的开发策 略。任何一种开发策略都要明确以下问题： 1 、系统要解决的问题。 如采取何种方式解决组织管理和信息处理方面的问题，以及如何满足企业提出 的新的管理需求等。 2 、系统可行性研究。 可行性研究的目的在于用最小的代价确定系统的目标和规模是否现实，所确 定的问题是否可以解决，系统方案在经济上、技术上和操作上是否可以接受。 3 、系统开发的原则。 在系统开发过程中，要遵循领导参与、优化创新、实用高效、处理规范的原则。 4 、系统开发方法的选择和开发计划的制定。 针对己经确定的开发策略选定相应的开发方法。开发计划的制定是要明确系统 开发的工作计划、投资计划、工程进度计划和资源利用计划，使得进一步的工作 方便进行 目前最常用的开发方法有基于瀑布模型的结构化生命周期方法、基于动态定义 需求的原型化方法和基于结构的面向对象的分析与设计方法等。结构化生命周期 方法要求系统开发人员和用户在系统开发的初期就要对整个系统的功能有全面深 刻的认识。系统开发的每一个阶段都要制定计划和说明书，以后的工作围绕着这 些文档来进行。这种开发方法工作安排条理清楚，便于计划管理和控制。因此， o 郑州人学硕十学位论文第二章设备巡检系统的总体设计 采用结构化生命周期法的思路作为系统开发的基本出发点是适宜的。而原型法则 更多地遵循了人们认识事物的规律，它是在认识信息系统开发规律道路上的否定 之否定。原型法在开发小型系统时是一种快速、有效的开发方法。但对于大型的 复杂系统，直接使用原型法很难有效管理整个开发过程，系统模型的反复修改也 是不合适的。 结构化生命周期开发方法是目前较为流行的系统开发方法，其基本思想是： 用系统的思想和系统工程的方法，按用户至上的原则，结构化、模块化地自上而 下对生命周期进行分析与设计。 用结构化生命周期开发方法开发一个系统，将整个开发过程划分为三个时期： 计划、开发、运行。 l 、计划期 计划期的主要任务是分析系统设定的目标，按设定目标的要求分析开发该系 统的可行性。 2 、开发期 开发期包括分析、设计和实施两类任务。其中分析、设计包括需求分析、总 体设计和详细设计三个阶段，实施包括编码和测试两个阶段。系统分析阶段，主 要任务是对组织结构与功能进行分析，理清企业业务流程和数据流程的处理，并 且将企业业务流程与数据流程抽象化，通过对功能数据的分析，确定系统功能。 总体设计阶段需要建立系统的总体结构，详细设计阶段确定每个功能模块的内部 过程。然后选定软件的程序语言，进行编码。编码完成，对系统进行测试，发现 并排除以上阶段产生的各种错误。 3 、运行期 运行期的主要任务是软件维护。为了排除软件系统中可能隐含的错误，适应 实际需求及系统应用环境的变化，对系统进行的修改和扩充。 2 6 2 设备巡检系统的开发环境 系统开发环境的选取很重要，选择良好的开发环境可以为系统的实现提供良好 的调试环境和开发环境。 掌上巡检软件运行环境为：以i n t e lx s c a l ep x a 2 5 5 处理器为基础构建的硬件 平台，嵌入式l i n u x 操作系统。掌上巡检仪软件开发环境为：普通p c 机r e dh a t e n t e r p r i s el i n u xa s4 0 操作系统，k d e v e l o p 集成开发环境 k d e v e l o p 是一套在k d e 上执行的整合式开发环境，它的操作界面十分类似微 软的v i s u a ls t u d i o 。它提供了编辑、编译、连结、除错、版本管理及计划管理等基 郑州人学硕十学位论文第二章设备巡检系统的总体设计 本的i d e 功能。此外其文件管理程序内建了所有有关k d e 开发所需的文件，并提供 搜寻的功能。另外，它还提供了一个可以将外部符合规格的程序整合进其界面之 中的工具功能表。它还可以将其它的程序通过图形界面自行加入系统之中。 掌上巡检仪的应用程序采用飞漫公司的开源软件m i n i g u i 和标准c 语言进行 开发。数据库采用免费的m y s q l 数据库。 w e b 服务器运行w i n d o w s 2 0 0 0 n t 操作系统，w e b j i 虽务发布软件为i i s 5 0 ，运 用a s p 和a c t i v e x 等技术为客户提供远程访问服务。 2 7 设备巡检系统的总体设计方案 2 7 1 系统结构总体设计 根据上面几个小节的讨论，我们解决了系统开发前期的所有问题，结合实际 情况进行系统设计，整个系统按照数据流向逻辑上可以分为两大部分，分别是前 端数据采集，后台数据处理和数据发布根据逻辑划分，该巡检系统总体结构上 由前台掌上巡检仪和后台设备巡检管理系统两大部分组成。图2 1 为总体结构图。 w d o 浏览器 善 i n t e r n e t 0 w e b 服务器 善 数据库服务器 善 后台巡检管理系统 善 前台掌上巡检仪 t ttt 设备lf 1 i 设备 图2 - 1 设备巡检系统总体结构l 璺l 结构框图中现场设备和前台掌上巡检仪组成数据采集部分。数据处理部分主 要包括：数据采集模块、数据分析模块、通信模块、故障诊断模块、报表和查询 郊州人学硕十学位论文 第二章设备巡检系统的总体设计 模块、w e b 数据发布模块、辅助功能模块( 运行管理模块、系统维护模块、帮助模 块) 。w e b 查询及发布模块和后端数据发布逻辑相联。在结构图中，除了前台数据 采集和后台数据发布部分，其它都为数据处理部分内容。后端的数据发布部分在 结构框图中为w e b 服务器部分。w e b 服务器，兼作事故诊断和专家系统的数据库 服务器，所有的信息都可以通过w e b 服务器进行发布，提供巡捡数据及其统计分 析结果的网络查阅功能。具体实现将在后面章节中介绍。其中前台掌上巡检仪与 后台设备巡检管理系统之间采用c s ( 客户机服务器) 结构，后台巡检管理系统