（机械制造及其自动化专业论文）基于internet网络的大型旋转机械监测诊断系统的研制.pdf

重庆大学硕十学位论文摘要 户 协 ab s t r a c t a n o f f - l i n e m o n it o r i n g a n d a n a l y s i s s y s t e m i s d e v e l o p e d f o r c i r c u m r o t a t i n g m a c h i n e w i t h t h e f u n c t i o n o f r e m o t e - d i a g n o s i s b a s e d o n i n t e r n e t a c c o r d i n g t o t h e s t r u c t u r e a n d w o r k i n g c h a r a c t e r i s t i c o f t h e e q u i p m e n t s . t h e h a r d w a r e d e s i g n o f t h e s y s t e m a d o p t s c o m p o s i t e f o r m a t b e t w e e n o n - l i n e a n d o ff - l in e . t h e s o ft w a r e o f t h e s y s t e m i n c l u d e s s i x f u n c t io n s : d a t a c o l l e c t i n g o n s i t e , m o n i t o r i n g t h e w o r k in g s t a t u s o f e q u i p m e n t o n r e a l t i m e , a n a l y z i n g c o l l e c t i n g d a t a , t r a n s p o r t i n g a n d a n a l y z i n g d a t a r e m o t e l y , a d j u s t i n g t h e s e n s o r s , d y n a m i c b a l a n c i n g o n s i t e . d a t a c o l l e c t i n g o n s i t e i n c l u d e s d a t a c o l l e c t i n g c o n f i g u r a t i o n , s t a t i c d a t a c o l l e c t i n g a n d t r a n s i e n t d a t a c o l l e c t in g . mo n i t o r i n g t h e w o r k i n g s t a t u s o f e q u i p m e n t s o n r e a l t i m e i n c l u d e s d a t a c o l l e c t i n g o n s i t e , n a r r o w b a n d w a rn i n g a n d t r e n d p l o t ; a n a l y z i n g c o l l e c t i n g d a t a i n c l u d e s : t i m e f i e ld a n a l y s i s , a x i s o b i t a n a l y s i s , d i g i t a l f i lt e r d e m o d u l a t i o n a n a l y s i s , t r e n d d a t a a n a ly s i s , t i m e - d e la y f i e l d a n a l y s i s , s p e c t r u m f i e l d a n a l y s i s , f f t d e l i c a t e a n a l y s i s , h o l o g r a p h i c s p e c t r u m a n a l y s i s , w a t e r f a l l d is p l a y a n a l y s i s , b o d e d i s p l a y a n a l y s i s , p o l a r p l o t a n a l y s i s . t r a n s p o r t i n g a n d a n a l y z i n g d a t a r e m o t e l y i n c l u d e s t h a t r e m o t e d i a g n o s e c e n t e r p i c k s d a t a fr o m t h e f a c t o ry o r f a c t o ry s e n d d a t a t o t h e r e m o t e d i a g n o s e c e n t e r t h r o u g h i n t e rne t . d u r i n g t h e t e s t i n g r u n n i n g o f t h e s y s t e m， t h e s y s t e m k e p t t o c o n s u m m a t e a n d a l l f u n c t i o n s w e r e v e r i f i e d . i t s a t i s f i e d t h e n e e d o f c u s t o m s a n d w a s p r i d e b y t h e c u s t o m s . t h i s a r t i c l e i l l u s t r a t e s t h e d e v e lo p m e n t e x i s t i n g c o n d i t i o n a n d f u t u r e a b o u t n e t w o r k m o n i t o r i n g a n d a n a l y s i s s y s t e m c o m p a r e d w i t h e x t e rn a l l y . i t a n a l y s i s r e m o t e d i a g n o s i s t h e o ry . i t a l s o e x p l a in s t h e d e s i g n s c h e m e o f c o m p o s i t e e q u i p m e n t s s t a t u s m o n i t o r i n g a n d f a u l t d i a g n o s i s s y s t e m . t h e s y s t e m a l s o r e a l i z e d t o e l i m i n a t e t h e u n b a la n c i n g b y i n fl u e n c e c o e f f i c i e n t m e a n s o r t h r e e - p o t s m e a n s . f i n a l l y , t h e a p p l i c a t i o n a b o u t t h e s y s t e m i s i n t r o d u c e d i n d e t a i l s k e y wo r d s f a u lt d i a g n o s i s r e m o t e d a t a t r a n s p o r t d a t a a n a l y s i s da t a b a s e i n t e r n e t 重庆大学硕十学位论文第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 设 备 状 态 监 i则 与 诊 断 技 术 的 发 展 3 )4 5 116 117 8 119 10 f 16 1 随着计算机和电子技术的飞跃发展，工业生产实现了 现代化，工业机 械设备也向大型化、连续化、高速化、自 动化发展，使它本身的规模也 越 来越大，性能也越来越高，功能也越来越多，结构也越来越复杂，其结果 是一旦发生事故，不仅会造成经济上的巨大损失，而且还会导致其他一些 重要的问题。因此， 广泛地开展设备状态监测和故障诊断工作，选择合理 的设备维修体制，有利于促进设备的安全运行周期，保证产品的质量，稳 定生产，节省设备的运行费用以及增加社会经济效益。 设备诊断技术建立在基本理论、物理机制、数学方法、技术手段和组 织管理等方面的一个新技术，主要就是为了对设备实现预测维修，通过监 测获得设备的运行状态， 根据获得的状态判断设备运行是否正常，如果不 正常，经过分析与判断，指出故障部位，故障原因，便于管理人员维修; 或者在故障未发生之前， 提出可能发生故障的预报，便于管理人员尽早采 取措施，避免发生故障. 在该学科的发展史上，可以分为三个阶段: 1 ) 、事后维修:在第一次工业革命时期，由于设备本身的技术水平和 复杂程度都很低， 对设备的故障也缺乏认识， 因此采用了事后维修的方式。 2 ) 、定期预防:在本世纪初，随着大生产的发展，生产方式发生了变 化，出 现了 流水线生产方式， 机器的复杂程度也提高了，设备的故障对生 产的影响也加大，因此出 现了定期维修。 3 ) 、 预测维修: 随着电 子技术和计算机的发展， 设备也变的更加复杂， 对设备安全可靠运行的要求更高，因此，产生了 综合运用计算机技术、电 子技术和传感器技术进行的预测维修。 对于预测维修从开始的凭有经验的现场人员的感觉器官和经验进行判 断， 然后开发出一些简易的手持式测振装置， 只能对设备进行定性的分析， 不能进行定量分析，而且效果不是很理想。 随着技术的发展，出 现了专门用于大型旋转机械的设备状态监测和故 障诊断系统， 如重庆大学设备状态监测与故障诊断实验室独立自 主开发的 c d m s系列便携式设备状态监测与故障诊断系统和振动信号分析系统等 等。 对于重大的直接关系到生产的设备，一般采用了在线式设备状态监测 系统。 这些系统可以 及时的对机器的状态进行预报、对采集的数据进行分 析，从而确定设备状态的发展趋势。如重庆大学设备状态监测与故障诊断 重庆人学硕士学位论文第一章 绪论 实验室研制的c d ms 系列在线系统等。 但是在世纪之交，科学技术迅猛发展，世界各国都在发展信息基h t 结 构 ( 即信息高速公路) ，使人类的交流形式逐步数字化和网络化，信息的 交流、存储、检索、传输、利用、处理和管理变的更加容易。实现了数据 的任何时间和任何地点进行交换。我们中国也正一个崭新的面貌进入数字 化时代，c h i n a n e t 等网络构成了中国的i n t e m e t 框架。i n t e rn e t 网络是没有 信息流量控制的开放性的信息共享和交流的渠道。在这中国际大环境下， 设备故障诊断这门学科只有依托网络技术，尤其是 i n t e rne t 来构筑自己的 网络化发展方向， 可使设备状态监测在信息采集、 交换、处理、 分析诊断、 管理等方面焕发新的生命力。 下面进一步讨论网络化测试的相关问题。 1 .2 网 络监测诊断 技术的必 要，it 和可行性 14 17 1 19 2 0 12 12 4 3 0 别. 2 . 1网络化 监测诊断的必 要性 设备诊断工作是一项很具体的技术工作，虽然每个企业的设备管理者 都十分需要应用这项技术， 但却不是每个企业都能为此专设机构，培训专 门人员，由此企业在应用诊断技术时，往往寄希望于专家系统。但往往事 非人愿， 专家系统由于技术与实际的结合不足而起不到预期的效果。这就 需要在地区范围内 综合地对设备诊断工作进行管理， 适应企业的现有机 制，调动全社会的技术力量为企业服务。国内从事设备诊断的技术人员很 多，但分布不合理，大多数集中于学术机构，企业现场的人员相当少。另 外， 由于地域、 行业和企业之间的交互限制， 学术界和企业的结合不紧密， 使技术力量的潜力没有被发挥出来。 远程诊断是解决这个问 题的一个途径，如果在全社会领域实现对设备 的远程诊断， 在一定程度上既可解决企业内专业人员相对少的问题，又有 利于研究机构更准确、有效地得到企业设备运行的原始资料，充实技术的 理论研究，找出 更好地为企业服务的方法，提高设备诊断的诊断水平，创 造良 好的经济和社会效益. 别. 2 . 2网络化监测诊断的可行性 无论是远程诊断还是现场诊断，都应使诊断者了 解当时的实际工况和 现场的基本参数， 使用原始数据进行分析。使用现代通信手段和计算机网 络技术，可以 使远在异地的诊断者同现场相联系又能作到准确无误地得到 他所需要的数据。 国外在通信和网络技术方面发展十分迅速，远程诊断在各领域均有应 用。如英国 c e g b电厂故障集控监测，c e g b的监测实验中心对英国中 重庆大学硕士学位论文第一章 绪论 北部地区几个较大的电厂 d r a x . e g g b o r o u g h等进行监测，既可调用 电厂的传输测试数据进行处理分析，又可将分析的结果反馈给有关电 厂。 在美国，w h e c ( w e s t i n g - h o u s e e l e c t r i c c o r p o r a t i o n )在沃伦多的 d o c ( d i a g n o s i s o p e r a t i o n c e n t e r ) 可以 看到有西屋监测的全美2 0 多个电 - 数据中心的信息。美国南部电力公司 ( s o u t h e r n e l e c t r i c p o w e r s e r v i c e ) 则通过恩泰克公司提供的广域网预测维修p m ( p r e d i c t i v e ma i n t e n a n c e )软 件将公司的3 0 个电 站共9 0 台机组组成一个整体， 昆 腾化学公司( q u a n t u m c h e m i c a l )将分布在美国数个州的五个大型化工厂和数个小型化工厂联成 了以恩泰克 p m软件为核心的监测网络，在我国由于信息高速公路得到国 家的大力支持， 通信和数据传输已经不成什么问题。 实现远程诊断的另外一个条件是各种国内、国外的采集系统都具有与 计算机相联的功能，以互换数据，计算机之间进行远程通信， 这样即可实 现在远端获得现场信息的可能。国内由于通讯网络的发展和数据格式的进 步在远程诊断方面有了一定的发展。 国内的网络化监测诊断的典型是天津军梁城电厂2 0 0 m w机组诊断系 统具有通过网络传输远距离诊断的功能，该系统由天津电力实验研究所、 天津军梁城发电 厂和西安交大润滑及轴承研究所共同开发，实现了将军梁 城电厂发电机组的振动、 转速、轴瓦温度、功率等振动信息及热力参数传 输至4 0 k m远的 天津电 试所， 采集近 5 0个测点的特征参数。 成功的实 现 设备的远程诊断。另外有华中理工大学的远程诊断中心的成立表明国内设 备状态监测与故障诊断学科正向基于i n t e rn e t 远程诊断的方向发展。 夸 1 . 2 . 3 网 络化 监测诊断的 系 统结构和发展 机械设备网络化状态监测与故障诊断随着计算机网络的发展而发展起 来的。计算机网络从最初的局域网到国际互联网技术的迅速发展，局域网 与互联网己被各行各业广泛使用.用于企业的企业内部网 ( i n t r a n e t ) 在 企业内 可单独形成局域网， 又可向外连接到因特网中. 企业内 部网 在生产 管理中 得到了大量的使用. 局域网 及互联网 技术在设备状态监测与故障诊 断中的大量使用使其得到了巨大发展，使网 络化监测诊断迈上了 一个新的 台阶，也使远程诊断、分布式网 络专家诊断成为了现实。 首先讨论基于l a n网络的设备状态监测与故障诊断系统。 基于 l a n 网络的网络化诊断的通讯方式是采用目前的国际通用的标 准的传输协议即 t c p / i p协议。通讯简单、安全、程序实现方便，兼容性 好。 目 前很广泛的使用于基于 l a n 网络上下位机的监测诊断方式中，该 类型的 测试诊断系统的 测试诊断系统的主要的功能和实 现方式如图 1 . 1 所 重庆大学硕十学位论文第一章 绪论 示，该方式可以对多台机组同时进行实时监控和分析诊断，从传感器到下 位机的过程与单机监测诊断相似，下位机的功能主要是进行数据采集和实 下位机 图1 . 1 基于l a n网 络网络化诊断系统图 时在线监测，上位机可以通过计算机网络对每台机组的采样数据进行精密 分析和诊断。该网络诊断方式在企业内部实行，监测和故障诊断的地理范 围 相对较小，网 络的拓扑结构可以 是总线形、 环形、 星形、 树形几种 ( 如 图1 .2 ) ， 具有安装方便、 调试和维护容易， 可扩展性好， 数据传输速率高、 安全及可靠性高等优点. 更重要的是，它的兼容性好，各网络监测诊断系 统之间通讯容易，为原有的局部网络测试诊断系统加入远程诊断创造了条 图1 . 2 l a n的几种拓扑结构 件。 接下来讨论远程诊断。远程诊断技术是建立在 i n t e rn e t 技术高速发展 的前提下，把 i n t e rn e t 技术应用到设备状态监测和故障诊断学科的一种诊 断方式，可以汇聚一大批专家对故障设备进行会诊，这样就合理的利用全 重庆大学硕士学位论文第一章 绪论 社会的技术力量，有利于技术薄弱部门对设备状态进行监测和故障诊断， 实现科学地管理设备。 机械设备远程监测诊断系统的网络体系结构如图 1 .3所示。现场监测 系统是这一系统的起点， 它完成对机械设备的实时监测和对监测信息的采 集、 存储和处理， 监测信息经处理后变成可以进行远距离网络传输的形式。 远程监测诊断中心为某一领域或单位的故障诊断专家组成的虚拟诊断中 心，如东南大学诊断中心。远程监测诊断中心对异地传输来的监测信息进 行处理、分析，综合各专家意见，得出诊断结果并给出对策，通过网络反 馈至现场指导问题得解决。诊断专家可以是人，也可以是故障诊断专家系 统。从图 1 . 3可以看出监测信息的流向为现场监测系统一企业局域网一国 际互联网一远程诊断中心一诊断专家，而诊断结果的流向则相反。故障 的诊断可以按照点对点方式，即现场监测系统 n 一专家 m;也可以实现 点对多点方式，即现场监测系统n 一多各专家。这两种方式分别对应了单 一专家诊断和多个专家会诊这两种诊断模式。 远程诊断的运行模式分为两种:实时诊断和电子信函诊断。这两者 的主要区别在于实时诊断专家可以 通过视讯或电话会议的方式和其他的专 家及现场监测人员一起实时监测，然后给出诊断意见。电子信函会诊时， 专家以现场监测系统传输过来的信息为依据进行分析判断，以电子信函的 方式将诊断结果反馈至监测现场。 实时诊断模式的运行过程是:首先现场监测系统将监测信息及诊断申 图1 . 3 机械设备远程监测诊断系统的网络体系结构 重庆大学硕士学位论文第一章 绪论 请传至远程诊断中 心;其次诊断中 心根据监测设备及信息确定由 专家进行 诊断， 诊断中心确定实时诊断的时间， 并通知现场监测系统及有关专家; 然后在约定的协同诊断时间内，各专家和现场监测人员通过现代的通讯方 式进行讨论和分析，最后，专家根据协同诊断情况及监测信息作出诊断结 论并传输至现场。 电子信函诊断模式的运行过程是:现场监测人员将监测信息及诊断申 请传至诊断中心，诊断中心将信息分配给有关的专家进行诊断， 专家根据 对监测信息的分析、处理，得出诊断结果，并发送至诊至现场。 远程诊断中心的构成除了硬件设施外，更重要的是软件系统。一般来 说，一个远程诊断中心应包含以下软件系统:用于采样接收的信号接收系 统，用于信号分析服务器的信号分析系统，故障诊断专家系统，数据库生 成与维护系统，网络管理服务系统等。 虚拟现实技术在设备状态监测与故障诊断系统的 应用，使远程诊断更 加完善。 利用该技术，可以 研制虚拟故障诊断环境， 在某一固定 地点的专 家或多个不同地点的专家可以投入到另一个地点发生的事件或过程中去， 通过计算机网络或调制解调器传输数据，在专家面前的计算机中再现现场 设备的 运行情况或发生故障的 过程， 使得专家可以 凭专家经验及调 用分 析、诊断专家系统进行分析和诊断，给出 对策，并通过 i n t e t n e t反馈 至现场，指导现场解决问题。 别. 2 . 4计算机 监测 诊断系 统发展方向 计算机状态监测与诊断系统研究的目 标就是把计算机领域的各项技术 应用到设备状态监测与故障诊断学科领域， 实现具有远程诊断、 人工智能， 精确、 有效地进行设备的状态监测与故障诊断，它具有如下发展趋势: 1 ) 把单机作为现场监测和现场数据收集的主要设备，并通过企业局 域网实现企业内 部网 络化诊断。并不断向网 络监测诊断及远程诊 断发展。 2 )随着计算机功能的不断强大，将使人工智能研究成果不断引入到 设备的状态监测与故障诊断中。从而使监测诊断系统具有自 学习 能力。另外，专家系统的应用将使监测诊断系统向智能化迈进一 大步。 3 ) 模式识别理论用于监测诊断技术，将使系统处理问题的能力得到 极大的提高，从而使监测诊断系统得到更加广泛应用。 4 ) 虚拟现实技术在监测诊断系统中的使用将使远程诊断、智能诊断 更加完善。 重庆大学硕士学位论文第一章 绪论 1 .3 本课题内容，目的与意义 攀枝花钢铁 ( 集团)公司炼铁厂是该企业的重点单位，近年来，随着 生产规模的不断扩大，对设备运行状态的监控也就提出了更高的要求。 炼 铁厂现有6台s j - - 1 2 0 0 0 型烧结抽烟机，这6 台机组是炼铁厂的重点关键 设备。设备故障种类多，且许多故障非常隐蔽，如叶片变形、掉片、主轴 弯曲、轴向窜动、转子碰摩、油膜共振、结垢不均匀、转子不平衡等。这 些故障的存在，严重影响烧结抽烟机运行的平稳性、经济性，严重影响高 炉的安全运行，也严重影响机组的寿命。这些故障一旦发生，就会造成灾 难性事故。1 9 9 7 年5月，曾发生过此类事故。因此，于 1 9 9 8 年公司科技 处确立了“ 一号烧结抽烟机在线振动监测与故障诊断系统” 科研项目， 该项目 于 1 9 9 9年3月通过了攀钢集团公司组织的鉴定， 该系统稳当运行 了近2 年，发挥了理想的效果。 目 前， 该厂对其他五台烧结抽烟机组的检测手段比较落后， 靠人工经 验，凭手、耳、眼和简易的测振装置来发现故障，即不及时又不准确。常 造成:有故障时， 未及时发现， 而发生事故; 无故障时， 又例行停机检修。 这样即造成人力、物力和财力的巨大浪费又影响生产的正常进行。 运行、 检修及有关技术人员多次强烈反映: 一定要配置和一号 烧结抽烟机振动监 测与故障诊断系统一样可靠、实用、先进的监测诊断系统，做到无故障时 放心运行，有故障时及时预报故障部位、严重程度及其变化趋势，及时采 取有关措施。因此，今年攀钢 ( 集团)公司科技处又确立了“ 炼铁烧结抽 烟机组振动监测故障诊断系统”的科研项目，目的是在原项目 基础上尽快 推广应用到另外五台机组。 但是考虑到台数较多，在目 前经济条件下，不可能每台设备配备在线 监测系统。而且大部分故障是有一定变化过程的，在该厂现有技术水平情 况下， 采用便携式系统可以 定期对五台 烧结抽烟机进行监测， 分析故障的 变化趋势。 然而一般的便携式系统不能象在线系统那样， 使用电 涡流振动 位移传感器直接测量转子振动和作动平衡实验， 只能使用振动加速度传感 器和振动速度传感器测量机组外壳振动。因此，为了 节省投资， 使本项目 即具有便携式系统的通用性， 又具有在线系统的实用性和专用性， 本项目 的基本方案是“ 固定安 装传感器， 在线采集信号， 在线状态监测， 在线动 平衡实验，离线信号分析，离线故障诊断，离线数据库管理” 。实现 “ 传 感器一对一，主机一对多”的新型混合式振动监测故障诊断系统。 烧结抽烟机组振动监测故障诊断系统是建立在设备状态监测与故障诊 断技术的基础之上的。该技术是十多年来发展最迅猛的一门新兴综合性应 用学科。该技术是利用传感检测技术、信号处理、模式识别、系统理论、 重庆大学硕十学位论文第一章 绪论 预报决策、 可靠性分析、电 子技术、计算机技术及有关专业领域的 研究成 果，以 设备及其群体为研究对象， 根据设备在运行过程中的二次效应( 如 热力参数、电磁参数、机械力学参数、各种性能参数等) 及其动态变化， 在设备运行过程中( 不影响设备正常工作) ，对设备运行状态进行监测，作 出是否有故障、故障种类、故障部位、故障严重程度、故障发展变化趋势 等诊断结果，判断设备性能劣化趋势，并制定出相应对策和处理结果。该 技术是实行设备科学管理、 保障设备经济安全运行、 推广设备预知维修( 也 称预测维修、状态维修、视情维修) 体制的技术基础。 预知维修是通过连续( 在线式) 或定期( 离线式) 监测设备状态，诊断 设备故障，判定故障类型、部位、 严重程度、变化趋势，使运行、维护、 管理人员能在维修之前做好有关装备，做到该修才修。如果不用修，就 可以放心大胆的运行。如果要修，也是有针对性的修，那里坏了修那里。 并可根据监测诊断结果， 进行技术改造， 避免类似事故再次发生。 烧结抽烟机的主要故障类型为: ( 飞 ) 、转子运转偏心或叶片变形、掉片等，产生动态不平衡;滑动轴 承油膜振荡;转子叶片碰磨:转子轴向窜动;主轴弯曲;联接部件或支撑 件失效等故障，在极短的时间内将发生恶性事故。 ( 2 ) ,轴不对中、管道或基础结构共振、机座松动或变形等引起机组 机械性能下降， 产生非正常振动， 影响风机的安全运行。 ( 3 ) 、升降速过程的共振现象不属于故障，但共振时机组振动大，极 易造成机组的非正常工作，发生严重事故。所以，要严密监测整个升降 速过程。 该项目 的主要内 容就是在机组的整个运行过程中 定期监测以 上三个方 面的故障状态，主要目 标是: i 、定期监测机组的振动大小，与有关标准对比，判别机组状态. 2 、实时监测机组升降过程速过程机组的动态特性. 3 、定期监测油膜振荡、叶片碰磨、轴向窜动、联接松动、轴不对中、 结构共振等故障的 大小及性质， 并且进行人工分析分析。 4 、中文界面，弹出 式菜单操作。 5 、系统数据库分为三级: a特征数据管理:始终保存最近 3 0次测 试的各测点分析计算的特征值数据.b稳态数据库:在设备开机后达到 正常转速时，用户根据需要采集并保存的原始数据。c瞬态数据库:当 设备在升速或降速的过程中，用户根据需要采集并保存的原始数据。 6 、 在i n t e m e t 网上实现数据的 远程传输， 对现场不能 解决的问 题传输 到专家服务器上，有专家根据接受到的数据进行分析，给出测试报告， 从而解决现场的问题。 重庆大学硕士学位论文 第一章 绪论 根据以上烧结抽烟机主要故障和系统主要目 标，该项课题的研究内容 和工作计划包括: 1 ) 确定c d m s -2 3 0 0 便携式设备状态监测与诊断系统总体设计方案， 包括整套系统的体系、结构、功能和实现途径。 2 )根据总体设计方案，在最优性能价格比的前提下进行设备选型， 确定位移传感器、速度传感器、数据前置处理器、a d 卡、便携式计算机 等硬件设备的型号、规格。 3 )根据总体设计方案，结合硬件设备，确定用户软件的操作系统、 编程语言、基本算法等。 4 )建立软件系统框架，通过解决一些关键技术，如 a / d采样、消息 响应、信号的程控增益放大、操作界面的调度、异常处理、数据库的建立 等，逐步细化和完善软件功能，形成一套进入现场前的原型软件。尤其在 数据库的管理上，为了适应网络化和现代设备状态监测的需要，采用了一 种新型的数据库管理模式。 5 )现场硬件设备的安装调试， 包括传感器的分布、安装与标定、信 号电缆与电 源电 缆的现场布线、信号前置处理器的设计安装、 a / d卡扩展 模块的设计和加工。 6 )现场调试。这是整个系统研制过程中最重要的一个环节，这是一 个发现问题和解决问题的过程，根据以往的现场情况，一般通过如下的方 式解决现场问题: ( 1 ) 、首先检查系统硬件，进行判断和故障; ( 2 ) 、在排除硬件问 题的前提下， 解决软件问题: ( 3 ) 、多次反复，不断验证， 逐步完善。 现场调试最终要求形成一套 软硬件相互协调配合、基本功能具备、系统能正常运行的测试软件， 为下一步的试运行打下基础。 7 )试运行阶段.本系统要经过在现场使用 2个月的试运行，在此阶 段，根据现场设备的运行转态，本系统是否可以反映出来，达到预期的效 果。 9 )人员培训与系统维护服务。 系统的维护及系统运行的各种反馈信 息能为我们评价该套系统的优劣提供较客观的依据，从这种意义上讲，系 统的研制周期将一直延续到系统运行寿命的终结。 通过该项目的研制与实施，大大的改善了攀钢炼铁厂对重要设备的监 测和维护能力，同时保障了整个烧结生产过程的可靠性，节省了该厂的设 备的运行费用，最大限度地避免爆炸、飞车等重大事故造成的人身伤亡、 停产和机组损坏，避免由于这些重大事故造成的直接或间接经济损失，及 重庆大学硕士学位论文第一章 绪论 时处理有关故障，做到该修就修， 无故障或故障轻微时就不修 ，放心人 胆地运行，在一定程度上实现预测维修，使设备维修费用、设备性能劣化 与停机损失费用降为最低，实现了该厂对重要设备进行现代化管理，为企 业现代经营管理模式的升级奠定了 坚实的基础。 重庆大学硕士学位论文第二章 基于i n t e r n e t 监测诊断的基本理论 外提供了 一个交互接口， 使得用户 更容易与 远地系统交互，用户可以 请求 列出远地机器上某个目 录下的所有的文件，客户机也可以 通过显示可被调 用的命令的有关用户信息来响应用户的输入。 ( 2 ) 、格式规范:f t p允许客户机指定存储数据的类型和格式，在 c d ms - 2 3 0 0便携式设备状态监测与故障诊断系统”中在二进制格式存 储文件，所以在进行远程数据传输时必须指定文件格式为二进制格式。 ( 3 ) 、鉴别控制 ( a u t h e n t i c a t i o n c o n t r o l ) : f t p需要客户机在请求文 件传送前发送登录名和口令给服务器以获得存取许可。服务器将拒绝不能 提供有效登录名和口令的客户机对它进行存取。 在客户端，用户执行了 f t p命令后，便与服务器建立了连接，此后， 双方进入交互式会话。用户每执行一个 f t p命令，与服务器之间就建立 一个连接用于数据传输.完成传输任务后， 用户可以退出f t p 服务。 2 . 1 . 3 远程数据 传输进程 模 型 f t p服务器实现允许多个客户机的并发存取。 客户机使用 t c p连接 到服务器， 主服务器在等待连接， 并为处理每个连接建立各个从进程。 f t p 进程与其他服务器的不同之处在于从进程不完成所有必要的计算.从进程 只接受和处理来自 客户机的“ 控制连接” ，服务器使用一个或多个额外进 程处理单独的 “ 数据传送连接” 。控制连接传送命令告诉服务器将传输哪 个文件。 数据传送连接也使用t c p 作为传输协议，传送所有数据。 通常，客户机和服务器都创建一个单独的进程来处理数据传送。由于 进程体系的细节与使用的操作系统有关，原理模型见图2 .2 . 客 户 机 签 -1_服 务 器 系 统 客户机 制连接 客户机数 据连接 服务器 伟 i 连接 服 务器 数 尸 据连接 t cp / i p i n t e r n e t 图2 . 2 f t p数据传输模型 如图2 .2所示，客户机的控制进程使用一个t c p连接到服务器的控制 重庆大学硕士学位论文第二章 基于i n t e r n e t 监测诊断的基本理论 进程，而相关的数据传输进程使用它们自 己的 t c p连接。 通常，只要保 持 f t p会话运行， 控制进程和控制连接就一直存在。 但是，f t p为每次 文件传送建立一个新的数据传送连接。实际上，许多实现在服务器需要发 送信息到客户机时，就创建一对新的数据传送进程以 及一个新的 t c p连 接。 综上所述，数据传送连接和使用连接的数据传送进程可在需要时动态 创建，但控制连接在整个会话期间保持不变。一旦控制连接消失，会话也 就终止了，并且两端软件将终止所有的数据传送进程。 壮.2设备远程异地诊断系统的 硬件、 软件实现原理 2 0 1 2 1 3 2 6 1 胆. 2 . 1设备远程异地诊断的 体系 结构 目 前，进行远程异地诊断采用客户机/ 服务器 ( c l i e n t / s e v e r )体系结 构，设备现场监测采集系统和远程诊断中心的诊断系统可以互为服务器， 即如果设备现场监测采集系统为服务器，则远程诊断中心为客户机，那么 远程诊断中心的工作人员在网络上进行下载设备状态信息数据，如果远程 诊断中心为服务器，则设备现场监测采集系统为客户机，那么设备现场的 工作人员将对设备进行上传， 不管哪种方式，诊断中心得到数据后进行分 析诊断， 把诊断结果反馈给现场。但是，比较合理的方式是后者。 客户机用 及 务器体系结构采用wi n d o w s n t平台和上述的t c p网络协 议进行连接， 应用 f t p协议将现场设 备信息数据经压缩后进行传输或 i p 协议利用we b 技术实现远程控制和信息交换。 设备远程异地诊断系统的 客户机/ 服务器体系结构如图2 .3 所示， 现场 数据采集方属客户机方， 将监测所得的数据信息、描述文字，工况参数及 一些相关信息传递给诊断中心服务器，提出进行故障分析，解决方法、信 息查询、技术查询等服务。 专 家或 专 家 系 统 图2 .3 远程异地诊断的体系结构 远程异地属于服务器方，它的组成是一台或多台服务器，根据需要在 服务器上安装诊断专家系统，大型数据库，知识库，推理机制。远程诊断 中心是整个远程异地诊断系统的核心，它的主要功能是向现场设备使用人 员提供故障诊断服务、信息查询及咨询服务，远程设备诊断中心根据现场 重庆大学硕士学位论文第二章 基于i n t e r n e t 监测诊断的基本理论 设备的运行情况积累经验知识，不断地自 身完善。 现场的工作人员通过网络和远程异地诊断中心进行交互合作和协同工 作，从而科学地管理设备，保障企业的生产、经营活动的正常开展。 夸 2 . 2 . 2设备远程异地诊断的 硬件的实现方式 通常，远程异地诊断体系的各个构成部分 ( 客户机和服务器等通讯设 备)之间的连接方式分为专线连接、电 话线连接和i n t e rn e t 连接三种。 1 ) 、专线连接方式:该方式具有网络速度快，连接质量高，信号时延 小，可靠性高等优点。但成本高，性价比相对较低。 2 ) 、电话线连接方式: 该方式用调制解调器通过现在电话线拨号连接， 采用文件传输的方式进行现场数据与远程诊断中心之间的联系，这种方式 所采用的设备较为简单，费用低，较为容易实现，对现在通讯手段较为落 后的地区比较实用，且容易普及。但传输的速率受电话线路的限制相对较 低，而且由于线路不稳定造成的传输数据的不稳定，由较大的时延，且可 能出现传输过程中的短线， 所以 这种方式并不理想。 3 ) 、基于i n t e rn e t 的 连接方式: i n t e rn e t 成本低，网 络传输速度快，具 有较好的性能价格比， 并且开放性好各种资源能得到充分的共享， 多用户 可并行操作，该方式已经成为现在发展的主要方向。 本课题开发的 远程故障诊断系统采用基于i n t e rn e t 的 连接， 通过i n t e rn e t 将现场工作人员和远程异地诊断中心的工作人员联系起来，共同完成对设 备故障的诊断和处理措施。 壮. 2 . 3设备远程异地诊断的 软件的实现方式 硬件的实现为远程异地诊断的实现提供了基础，整个系统的实现需要 软件的支持，设备远程异地诊断的软件分为两个部分，见图2 .4 . 图2 .4 远程诊断软件结构图 软件的第一部分是运行于设备现场的软件，包括现场数据采集和数据 重庆大学硕士学位论文 第二章 基于i n t e r n e t 监测诊断的基本理论 网络传输需要的硬件的驱动程序、采集数据的处理和现场分析、设备运行 现场工况数据和信息与远程诊断中心的通讯软件。 软件的第二部分是运行于远程诊断中心的软件，包括所使用的硬件的 驱动程序和由数据接收模块、数据分析模块、诊断推理模块、诊断信息反 馈模块、故障数据库等相关的知识库构成的应用软件。 在两个部分的软件中，数据通讯模块和数据分析模块可以通用，其余 的模块，除了硬件供应商提供的模块外，必须单独制作。 2 . 2 . 4设备远程异地诊断的 技术总结 远程故障诊断系统在基于 i n t e rn e t高速网络的基础上，将地理上分布 的资源连接在一起，共同完成对机械设备的故障诊断，其主要涉及的技术 如下: 1 ) 、网络和网络技术:建立一个跨地域的远程故障诊断协作网，充分 发挥协作成员的组合优势，提高机械设备故障诊断的准确性，其内容包括 提高网络的性能、可能性和容错性技术，通信协议、通信服务质量保证等 技术。 2 ) 、底层基础结构:建立一种高效的、扩展性好的、能够支持数据密 集和通信密集应用的底层基础结构，并在此上面实现各种高级服务策略， 集合不同的数据服务器和其他资源， 其内容包括资源的管理和分配、 通信、 安全机制、统一的资源信息服务、提供远程数据访问等技术。 3 ) 、网络环境下的设备故障诊断技术:远程故障诊断的特点是测试数 据、分析方法和诊断知识共享，要实现这一步必须使传统诊断技术能够在 网络上运行，也就是说实现远程诊断。 4 ) 、管理并行、分布操作和各种机器资源的高级工具:这一技术是目 前国内外正在积极加于研究的技术. 重庆大学硕士学位论文第三章 系统的硬件设计 第三章 系统的硬件设计 整个系统的运行建立在系统硬件的正确连接和正常工作的基础上，所 以硬件是本系统安全可靠运行的前提和基础，本系统的硬件设计包括三个 部分:现场数据采集硬件设计、i n t e m e t网络连接硬件设计，远程故障诊 断中心硬件设计。各部分之间的相互关系如图3 . 1 所示。 i n t e m e t网络 连接硬件 图3 . 1 各部分硬件的相互关系 现场数据采集的硬件模块通过特定的方式与 i n t e rn e t 网络保持物理连 接;远程诊断中心的硬件通过中心内部的局域网也与 i n t e rn e t 网络实现物 理连接。这样，现场的监测设备和远程诊断中心在硬件上连接起来了，本 系统在现场数据采集模块的 硬件的 方案设计上采用一种介于离线系统数据 采集硬件设计和在线系统数据采集硬件设计之间的馄合式结构。 3 . 1现场数据采集模块的 硬件设计 现场数据采集部分的硬件组成模块如图 3 .2 ，便携式计算机负责对数 据采集的控制，对 a / d卡发出信号，进行采样，同时负责数据的保存和 现场数据的分析. a / d卡负责对经过前置处理的传感器模拟信号转换为计 算机可以 接收的数字信号，采样数据量的多少和采样的速率均由便携式计 算机控制。信号前置处理器的作用是对传感器的信号进行预处理，如把传 感器产生的电荷量转换为电 压量和前置滤波去噪声等。传感器的功能是把 传感器 传感器 传感器 传感器 便携式计算机 图3 2 现场数据采集部分硬件组成图 重庆大学硕士学位论文 第三章 系统的硬件设训 所需采集的物理量转换为实际电信号。 3 . 1 . 1混合式现场采集的 设计 本系统在现场数据采集模块的硬件的方案设计上采用一种介于离线系 统数据采集硬件设计和在线系统数据采集硬件设计之间的混合式硬件设 计。普通离线系统数据采集硬件设计方案是: 采样时在测点安装传感器进 行采集，采集结束后，撤除测点处的传感器， 普通在线系统数据采集系统 硬件设计方案是:不论是否采样，所有的传感器全部固定安装，除了设备 维修和更换传感器外，传感器一直在测点处进行工作。 所谓的混合式是指传感器固定安装，把信号通过现场布线引到指定的 地点， 但平时的采集系统并不与传感器相连，根据现场的实际情况，现场 的技术人员把采集系统连接到传感器上，然后采集信号，采集完毕，撤离 采集系统。之所以 采用这种方式是根据攀枝花钢铁 ( 集团)公司炼铁厂的 实际情况，从现场设备的实际运行情况和经济上综合考虑的结果。 就现场的设备来说， 大型 风机在运行过程中发生故障并不是突发性， 常在故障发生前，伴随振动加大，噪声变大等征兆，如风机运行过程中发 生概率最大的故障是转子不平衡，造成不平衡的因素很多，如叶片结垢不 均匀等.这些原因都不是瞬间形成，而且不平衡的征兆是振动变大。因此 现场人员根据现场的实际 情况安排合理的时间 进行监测，就可以起到良 好 的效果。因此不必每台机组进行实时监测。 从经济上来讲，攀钢 ( 集团)公司炼铁厂共有六台烧结抽烟风机，其 中的一号风机己经安装了由重庆大学研制的烧结抽烟机在线监测与故障诊 断系统，而且取得了 显著的经济效益。但如果对剩余的五台全部安装类似 的在线监测与故障诊断系统，则成本太高。 综合以上的原因， 在炼铁厂实行混合式的硬件设计，即可实现对设备 的科学地维护和管理， 又可以节省投入，大大地提高了投入和产出比。因 此在该厂实行传感器固定安装，使用一套监测系统的 “ 一对多”的混合 式监测模式。 3 . 1 . 2抽烟风机测点布置和风机的主 要参数 抽烟风机的主要运行技术参数如下: 型号:s j 1 2 0 0 0 ; 进口 压力: 0 .8 4 m p a ;