（机械电子工程专业论文）设备状态远程数据管理与分析诊断.pdf

郑州大学硕士学位论文 摘要 远程信号分析与故障诊断技术是网络技术、计算机技术、信号分析以及故障诊断技 术的结合，是生产发展的需要和科技发展的必然结果。充分利用该技术，可以有效地利 用异地的物质和智力资源，例如进行网上专家会诊、异地设备信息数据的获取和处理以 及故障的诊断与排除等。因此该技术对机械工业的发展乃至整个国民经济有着十分深远 的意义。 随着网络技术的迅速发展，远程应用系统的实现成为可能。尤其是w e b 技术及其 相关技术的发展，更给远程信号分析与故障诊断系统的实现提供了深厚的技术基础。 本文分析了远程信号分析与故障诊断系统的功能需求，着重研究了系统的结构模式 和总体方案，其中就c l i e n t s e r v e r 和b r o w s e r s e r v e r 两种结构模式进行了详细的比较， 最终选择了b r o w s e r s e r v e r 模式作为系统的总体结构模式。另外经过分析比较，选择了 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r + i i s 5 0 + s q ls e r v e r2 0 0 0 作为系统的服务器软件平台，并将c + + b u i l d e r 和d r e a m w e a v e r m x 作为主要开发工具。， 本文详细介绍了系统所采用的关键技术如d h t m l 、a s p 、w e b 数据库、m i d a s 和 a c t i v e x 技术以及它们在系统中的应用，还重点研究了如何利用数据库技术来管理数据， 并以数据库设计理论为指导，为系统制定了一套更为科学、合理的数据管理方案，在此 基础上还实现了安全、方便、迅速的远程访问和管理功能。 本文将系统中所实现的常规分析方法从时域分析、频域分析和时频域分析三个角度 分类进行了说明，重点介绍了相关积分分析方法，探讨了基于相关积分定义信号非平稳 性的度量参数，并结合实例探讨了该参数作为特征参数诊断动态过程非平稳类故障的可 行性。对于系统所采用的基于实例推理的诊断模式文中也做了详细的论述。 最后在以上内容的基础上，开发了设备远程信号分析与故障诊断系统，实现了信号 分析与故障诊断的w e b 化，为远程用户提供了个统一的平台。本系统已运用到生产 实际中去，取得了良好的效果，具有很强的实用性。 关键词：信号处理，远程故障诊断，浏览器服务器，数据管理，相关积分，实例推理 塑型奎堂堡主堂堡丝奎 a b s t r a c t r e m o t es i g n a la n a l y s i sa n df a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g y i st h ei n t e g r a t i o no fn e t w o r k t e c h n o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g y , s i g n a la n a l y s i sa n d f a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g y , w h i c hi st h e r e s u l to fd e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y m a k i n gf u l l u s eo ft h i st e c h n o l o g yc a n p r o c e s so n l i n es a m p l i n gd a t a ，d i a g n o s ei nn e t w o r k ，e l i m i n a t em a l f u n c t i o n a n dr e a l i z ee x p e r t s c o n s u l t a t i o na n ds oo n 。s oi ti sv e r ys i g n i f i c a n tt ot h ed e v e l o p m e n to fm a c h i n e r ya n dn a t i o n a l e c o n o m y t h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g ym a k e sp o s s i b l et h er e a l i z a t i o no f r e m o t e a p p l i c a t i o ns y s t e m e s p e c i a l l y w i t ht h ef l y i n gd e v e l o p m e n to f k ba n dr e l a t e dt e c h n o l o g i e s ， r e m o t es i g n a l a n a l y s i s a n df a u l t d i a g n o s i ss y s t e mh a s b e e n s u p p l i e d am o r e p r o f o u n d p o t e n t i a l t h ef u n c t i o nd e m a n do fr e m o t es i g n a la n a l y s i sa n df a u l td i a g n o s i ss y s t e mi sa n a l y s e d f i r s t ，a n dt h ea r c h i t e c t u r ea n dg e n e r a lp l a n n i n ga r ei n v e s t i g a t e dl a t e i nt h ea b o v ec o n t e n t ，a d e t a i l e d c o m p a r i s o n i sm a d eb e t w e e nb r o w s e r s e r v e ra n dc l i e n t s e r v e r ,a n d t h e b r o w s e r s e r v e rs t r u c t u r ei ss e l e c t e da st h es y s t e ma r c h i t e c t u r e f u r t h e r m o r e ，b yt h ea n a l y s i s a n dc o m p a r i s o i l ，t h es o f t w a r ep l a t f o r mo fs e r v e ri sc o n s t r u c t e db a s e do l lw i n d o w s2 0 0 0 s e r v e r + i i s 5 0 + s q l s e r v e r2 0 0 0 t h em a i nd e v e l o p i n gt o o l so ft h es y s t e ma r ec + + b u i l d e r a n dd r e a m w e a v e rm x t h ek e yt e c h n o l o g i e sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n sa r ei n t r o d u c e di n d e t a i ls u c ha sd t h m l ， a s p , w 曲一d a t a b a s e ，m i d a sa n da c t i v e x e m p h a s i si sf o c u s e do nh o w t om a n a g et h ed a t a w h a t sm o r e o nt h eb a s i so f t h et h e o r yo f d a t a b a s ed e s i g n ，t h em o r es c i e n t i f i ca n d a p p r o p r i a t e d a t a b a s em a n a g e m e n tp l a ni sp r o v i d e d t h er e m o t ed a t aa c c e s sa n dm a n a g e m e n tf u n c t i o n b a s e do nt h e p l a n i sa l s or e a l i z e d t h e a n a l y s i s m e t h o d st h a tt h e s y s t e ma d o p t s a r ei n t r o d u c e df r o mt h ev i e wo f t i m e d o m a i n ，f r e q u e n c y d o m a i na n dt i m e f r e q u e n c y - d o m a i n e m p h a s i s i sf o c u s e do nt h e c o r r e l a t i o ni n t e g r a la n a l y s i sm e t h o d n l em e a s u r e m e n tp a r a m e t e ro fs i g n a ln o n s t a t i o n a r i t y d e f i n e do nt h eb a s i so fc o r r e l a t i o ni n t e g r a li sd i s c u s s e d ，a n dt h ef e a s i b i l i t yt h a ti ti su s e dt o d i a g n o s e t h ef a u l t so fd y n a m i cn o n s t a t i o n a r i t ya st h ec h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r i s a l s o i n v e s t i g a t e dw i t ha c a s e n l cd i a g n o s i sm o d eo fc a s e b a s e dr e a s o n i n gi sa l s oi n v e s t i g a t e di n d e t a i l f i n a l l y , ar e m o t es i g n a la n a l y s i sa n df a u l td i a g n o s i ss y s t e mb a s e do n t h ea b o v ec o n t e n t s i sr e a l i z e di nt h ef o r mo fw e b w h i c h p r o v i d e sa u n i f o r mi n t e r f a c ef o rt h er e m o t ec l i e n t s n l e s y s t e mh a sb e e np u ti n t op r a c t i c a lu s ea n db r o u g h ta b o u tg r e a te f f e c t k e y w o r d s ：s i g n a lp r o c e s s i n g r e m o t ef a u l td i a g n o s i s ，b r o w s e r s e r v e r , d a t am a n a g e m e n t c o r r e l a t i o ni n t e g r a l ，c b r n 第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 1 1 1 课题的来源 第一章绪论 本课题来源于河南省重大科技攻关项目“设备远程诊断技术及系列产品开发”( 项 目编号：0 1 2 2 0 2 2 0 0 0 ) 。本论文所研究的主要内容是该项目的重要组成部分，具有很 大的研究价值和实用价值。 1 1 2 课题的目的和意义 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， 机组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之后如何及时对其进行维修等。 设备的分析诊断技术是一门综合性技术，涉及知识面广，并且还要求具有丰富的 经验。随着生产中机械设备的大型化、自动化、高速化和复杂化，设备的故障诊断技 术也变得愈发复杂。因此，单靠使用者自身的力量来解决设备运行中出现的问题变得 越来越困难。然而专门从事这方面研究的专家一般集中在大专院校和科研院所等，这 就造成了人力资源的不合理分布，也使得设备故障诊断技术的推广和应用受到了极大 的限制。 当现场的生产设备出现故障征兆时，诊断者都需要根据设备当时的实际情况和现 场的基本参数，使用第一手数据进行分析、判断。但由于目前我国企业内部专业技术 人员比较少，技术力量有限，设备出现故障时专家又由于地域原因不能及时到位，往 往会因为时间的延误造成巨大的经济损失。 由上可知，目前在故障诊断领域存在并迫切需要解决的问题主要集中在：f 1 ) 故障 诊断方式和手段受到地域的限制：( 2 ) 故障诊断知识、技术和信息不易共享；( 3 ) 尽管有 现场监控与诊断系统的技术支持，但设备操作和维护人员一般也只能解决一些简单的 故障诊断问题，一旦设备出现较严重的故障或者新的系统出现严重或新的故障时，无 法快速、经济地利用各方技术力量解决问题。随着计算机技术和信息技术的发展，特 别是信息高速公路的开通，基于i n t e m e t 的设备远程分析诊断技术针对这些问题提供 了一种全新、有效的解决方法。 i n t e m e t 的出现是人类历史发展中的个伟大的里程碑，它是未来信息高速公路 的雏形，人类正由此进入一个前所未有的信息化社会。它正在向全世界各大溯延伸和 扩散，不断增添和吸收新的网络成员，已经成为世界上覆盖面最广、规模最大、信息 资源最丰富的计算机信息网络。i n t e r n e t 将世界范围内的信息资源以超文本、多媒体 郑州大学硕士学位论文 等方式有机地“编织”在一起，从而为i n t e r n e t 用户提供全球范围的信息服务，在生 活、学习、工作方式乃至思想领域影响着人们，给人们的生活和工作带来了巨大的方 便。在中国，i n t e r n e t 互联网的用户数飞速递增，相应的网络基础设施也在不断地完 善，我国己建立了以电信网、无线与有线电视网和计算机互联网为代表的三大网络系 统。用户接入也较为方便，可根据情况选择不同的接入方式，如a d s l 、i s d n 、光纤 等等。与此同时，w e b 技术以及各种新技术如a c t i v e x 、c o m 、c o r b a 、d h t m l 、 a s p 、j s p 等也都蓬勃发展起来，对w e b 应用程序的实现提供了强大的技术支持。 随着i n t e m e t 技术，特别是w e b 技术的迅速发展，使得基于i n t e r n e t 的远程应用 系统的实现成为可能。将设备分析诊断系统架构于i n t e m e t 计算环境中，可从许多方 面改善系统的性能和扩展增强系统的功能【2 。 本课题旨在建立一个设备远程分析诊断系统，并对本系统的数据管理也进行深入 的分析和研究，提供更为合理、科学的数据管理方案。总之，本课题具有如下重要意 义： 1 设备的远程分析诊断能够克服地域障碍，以“信息流动”代替“人员流动”， 不仅改变了以往一旦设备发生故障，技术人员就疲于奔命的情况；而且还可由专家在 异地对设备故障进行会诊，提高诊断的准确性和可靠性： 2 远程分析诊断充分利用现代信息传输载体i n t e m e t ，使企业能够及时获得 技术支持，同时研究机构能更准确、更有效地得到企业设备的第一手数据资料，以充 实理论研究。它沟通了管理部门、运行现场和诊断专家之间的信息，有利于数据与知 识的积累、资源共享； 3 对设备或系统生产设计者而言，可改变传统的现场维护和电话支持服务方式， 实现每星期2 4 h 7 d 的连续维护支持，从而改变企业形象，大大增强企业的竞争力： 4 具有良好的可扩展性，借助i n t e r n e t i n t r a n e t ，设备远程分析诊断系统可以灵活 的扩展，可以在大到世界范围，小到一个工作间的几台计算机的局域网上实现分析诊 断的任务。 1 2 文献综述 1 2 1 设备诊断维护网络的发展历程 设备诊断维护网络经历了几个阶段的发展如图1 1 所示最早借助的是道路网， 在企业和专家之间主要进行人员交流，不仅不能远程监控，而且反应速度慢，维护成 本高，往往会由于地域的障碍贻误了设备诊断维修的最佳时机。电话网出现后，可以 用其进行部分的信息交流，但由于信息交流的主观性比较强，往往还会出现对于设备 状态描述不清楚、辞不达意的情况，仍然没有很好地解决人员流动的问题，因此维护 成本和反应速度难以改善。 与i n t e r n e t 在全球蓬勃发展的同时，新世纪的故障诊断技术具有了崭新的发展动 向即诊断技术的数字化、计算机化、网络化，这是不可阻挡的历史潮流。在信息时代 的今天，i n t e m e t 在全球范围的迅速发展，为实现设备远程故障诊断技术提供了条件 和坚实的基础，基于i n t e r n e t 的设备远程诊断维护使得设备的故障诊断跨越了地域的 障碍，以“信息流动”代替“人员流动”，为实现真正意义上的快速、高效、低成本 远程诊断服务指出了明确的方向。 2 第一章绪论 s i 簸j 溪道路网 流动的是人员 请求响应速度慢，可 能造成诊断延误 不能远程查看设备信 息，成本高 专家可以很好地了解 设备故障信息 _ 薹一| 。j 电话网麓爨”磐 流动的是语音或传真 请求响应速度快，但 语言描述可能不准确 不能远程查看设备信 息，成本高 专家往往不能完全了 解故障信息，仍然需 要人员流动 图1 1 设备诊断维护网络的演变 1 2 2 设备数据管理技术的发展 _ _ _ _ _ _ _ _ ：_ 。- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ 。_ 。_ 。_ _ _ _ _ _ 一 流动的多媒体信息 请求响应速度快，并 能直观、准确地反映 现场设备信息 可以远程查看设备信 息，成本低 专家不到现场即可很 好地了解故障信息， 基本不需要人员流动 在设备的故障诊断系统中，对数据进行有效的管理是最基本和极其重要的问题。 诊断系统对数据管理的要求是：( 1 ) 数据采集卡采集大量的振动数据，故障诊断系统能 够有效地保存这些数据，并且在某些历史数据不再需要时，能将它们删除；( 2 ) 当运用 故障诊断系统的分析功能对大型汽轮发电机组的运行状况进行分析时，要求获取分析 所需要的历史数据能按时间、设备号、测点号等进行查询；( 3 ) 被查询出来用来分析的 数据在有些场合希望对某些关键字有序( 如对时间有序等) ，这就要求对这些数据按 指定的关键字排序。 常用的系统数据管理方法有两种：利用文件系统管理数据和利用数据库系统管理 数据。传统的设备故障诊断系统在开发实现时，往往采用文件系统进行数据管理，占 用磁盘空间小，处理速度快，能够很好的满足实时性的要求。但由于文件系统中写入 的数据类型一般是根据工程需要自定义的数据，数据的组织和拆分使编程的工作量极 大，并且利用文件系统管理数据还不可避免地存在着数据不能共享、独立性差、查询 困难、冗余大等缺陷，特别是使基于知识的专家系统很难利用历史的、多通道的信息 进行诊断分析，严重地影响了诊断的准确性，制约了智能诊断技术的进一步发展【4 ”。 数据库技术是6 0 年代开始发展起来的。经过不断的完善，数据库技术凝聚了数 据处理最精华的思想，是管理信息的先进工具。随着信息技术的迅速发展，计算机速 度和容量也不再是系统数据管理的瓶颈。对于故障诊断系统来说，采用数据库管理具 有较强的优势，可满足各种应用的需要，对数据的查询或操作非常简单，数据的独立 性较好。 设备故障诊断系统的数据库管理可采用不同的方法。有的系统采用树状结构数据 库来管理数据，按数据等级依次存放工厂数据、车间数据、其他数据及测点数据。树 状结构数据库具有动态数据管理功能，用户可以方便地了解监测设备的总体情况及状 态。它作为专用数据库，操作能满足一般要求，但数据的可移植性差。如果能以专用 关系数据库管理系统来管理数据，既能充分地利用现有数据库管理系统的强大的数据 管理功能，其他应用开发软件也能通过数据访问接口导入或导出数据库数据。同时， 如果再配合飞速发展的网络技术，不仅能实现设备数据的远程访问和管理，而且还极 大地方便了设备远程分析诊断系统的实现。 1 2 3 国内外研究概况 基于i n t e m e t 的远程协作诊断研究工作最先是从医学领域开始的，1 9 8 8 年开放式 远程医疗系统的概念在美国提出，人们普遍认为一个开放式远程医疗系统应包括远程 3 一 郑州大学硕士学位论文 诊断、专家会诊、信息服务、在线监测和远程学习几部分。1 9 9 4 年9 月s y so p t i c s 公 司在美国国会山庄向克林顿总统演示了一个基于i n t e r n e t 的全国保健试验示范系统： 1 9 9 5 年t 月美国俄克拉荷马州的远程医疗系统投入使用，它把5 4 家乡村医院与州中 心医院联系在一起，并通过计算机网络将c t 、x 光片等病人临床检验结果送到州中 心医院诊断，这样病人在入网的任何一家乡村小医院就诊都能得到专家级的诊断；国 内上海医科大学在上海地区也建立了一个类似的远程诊疗系统。 设备故障诊断与人类的疾病诊断是相似的，从技术上说能实现远程医疗诊断也就 能实现远程设备诊断。远程医疗诊断采用的系统体系结构、信息传输方法和异地专家 会诊组织、实现形式等都可为远程设备诊断所采用和借鉴。但由于重视程度不够和投 入的科研资金少、人力不足等原因，与医疗行业已取得的显著成果相比，工业领域的 远程诊断工作进展相对较慢。1 9 9 7 年1 月，首届基于i n t e m e t 的工业远程诊断研讨会 由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自3 0 个公司和研究机构的5 0 多位代表 到会。会议主要讨论了远程诊断系统连接开放式体系、诊断信息规程、传输协议以及 对用户的合法限制，并对未来技术发展作了展望。会上确定由斯坦福大学和麻省理工 学院合作开发基于i n t e m e t 的下一代远程诊断示范系统，该项工作得到了制造业、计 算机业和仪表业的b o e i n g 、f o r d 、s e g a e 、i n t e l 、s u n 、h p 等1 2 家大公司的支持和 通力合作，并很快建立了一个限于合作者间的远程诊断示范体系t e s t b e d 。t e s t b e d 采 用嵌入式w e b 组网，用实时j a 、，a 和b a y e s i a nn e t 实现远程信息交换和诊断推理； 从该项目对外开放内容和项目组1 9 9 7 年底的研究总结报告来看，系统离实用还有很 大距离，许多研究内容也还只是一个提法。此外，密执安大学也在积极开展针对机械 加工的远程诊断和制造系统的研究工作，并在i n t e m e t 上设立了一个宣传站点。 另外，许多国际组织，如m i m o s a ( m a c h i n e r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e n s y s t e m sa l l i a n c e ) 、m f t p ( s o c i e t y f o r m a c h i n e r y f a i l u r ep r e v e n t i o n t e c h n o l o g y ) 、 c o m a d e m ( c o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n de n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t ) 、v i b r a t i o ni n s t i t u t e 等， 也纷纷通过网络进行设备故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式 和标准【2 ”。许多大公司在他们的产品中也加入了i n t e m e t 功能，如b e n t l y 公司的计 算机在线设备运行状态监测系统d a t am a n a g e r2 0 0 0 可以通过网络动态数据交换( n e t d d e ) 的方式向远程终端发送设备运行状态：n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司在其虚拟仪器产 品l a b v i e w 中新增了i n t e m e t 模块，可以通过w w w 、e m a i l 、f t p 方式发送测试数 据。 国内高校、科研单位和设备使用部门目前正在追赶国外先进水平，已经考虑并实 施设备远程状态监测与故障诊断。华中理工大学于1 9 9 7 年开展远程诊断理论研究， 并将研究结果运用于汽轮发电机组状态远程监测，已在i n t e r n e t 上建立了一个远程诊 断宣传站，以技术示范的形式向用户提供初步的远程诊断技术服务【2 “。西安交通大学 考虑了设备智能综合诊断处理支持中心的建设思想、拓扑结构、技术方案等诸多内容， 并运用于大型回转机械的状态监测工作。类似的研究尝试还有很多。但总的来说，国 内外对设备远程故障诊断的研究工作尚处于起步阶段，需要不断地去探讨和研究。 综上所述，i n t e r n e t 的迅速发展及其良好的应用前景，使之成为各种信息的载体。 随着世界经济一体化的不断发展和基于i n t e m e t 的信息技术的广泛应用，设备远程分 析诊断技术必将成为未来企业提高竞争能力的一项关键技术。 1 3 本文所做的工作 本文在对网络技术、数据库技术、信号分析与故障诊断技术的深入研究基础上， 4 一 第一章绪论 开发了设备远程信号分析与故障诊断系统。具体说来，本文所做的工作主要如下： 1 分析了设备远程信号分析与故障诊断系统的功能需求和特点，并对客户机服 务器( c l i e n t s e r v e r ，简写为c s ) 和浏览器i n 务器( b r o w s e r s e r v e r ，简写为b s ) 两种结构模式进行了详细的分析比较，确定了系统的总体结构模式b s 模式； 2 根据系统的实际需求和特点，对系统的软硬件平台也做了详细的分析。其中在 软件平台的选择中，分别比较了几种网络操作系统和大型数据库管理系统的优缺点， 结合本系统的实际情况，选择了w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r - i - i i s 5 0 + s q ls e r v e r2 0 0 0 的解 决方案。对于系统的软件开发工具则选择了c + + b u i l d e r 和d r e a m w e a v e rm x ； 3 本文详细介绍了系统开发时所用到的一些关键技术如d h t m l 技术、a s p 和 w e b 数据库技术、a c t i v e x 技术以及m i d a s 技术等，并且还研究了这些技术在系统 中的具体应用； 4 针对传统的信号分析与故障诊断系统在数据管理方面的缺陷，重点研究了如何 利用数据库技术来管理数据，并针对生产实际的特点，以数据库设计理论为指导，对 系统的后台数据库进行了更为合理的数据结构设计，方便了设备数据的管理，大大提 高了数据的实时访问效率，在此基础上还实现了安全、方便、迅速的远程访问和管理 功能； 5 对本系统中采用的常规分析方法分别从时域、频域和时频域三个角度进行了简 单介绍和说明，重点研究了相关积分分析方法，在此基础上又深入探讨了基于相关积 分定义信号非平稳性的度量参数，并结合实例探讨了该参数作为特征参数诊断动态过 程非平稳类故障的可行性。本文对系统所采用的基于实例推理的远程诊断模式也做了 较为深入的研究； 6 在w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 操作系统下，采用m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 作为后 台数据库，结合i i s 5 0 ，开发了远程信号分析与故障诊断系统，实现了系统功能，并 将其成功地应用于生产现场，验证了系统的设计思想，同时也验证了程序的正确性和 系统的可用性。 1 4 小结 本章首先详细论述了本课题的来源、目的和意义。为了能够更好地从整体上把握 论文的工作方向以及远程分析诊断系统的构建目标，本章还将国内外对远程诊断系统 的研究概况加以详细的说明和分析，从而能够更好地开展本文的研究工作。最后，本 章还对本文所做的研究工作进行了详细的介绍。 郑翊大学颈圭学缘论文 第二章系统总体分析和规划 2 1 系统总体功毹分析 随蒋网络技术的迅速发展，i n t e m e t 正把全世界的计算机系统、通信系统逐渐集成 起来，形成信息高速公路与公用数据网络。而网络技术的兴起，改变了传统的设备信号 分拆与救障诊断方式，使其正向着网络化的方晦发展。 设蘩远程信号分褥与故赡诊叛系统总俸浚诗爨路大致絮下：通j 蕊诗舞疆网络，将工 韭褒场设器的各类数据、爱鬣、艟线和报表等倍惑，连接进入企业本域网络的驻务器中， 并以h t m l 的形式进行实时发布，使得网络上的任何一个授权用户，均可以通过操作 系统上配置的浏览器看到现场的各类数据信息，并且用户还可以对这些数据信息进行交 互分析和诊断，从而了解整个现场的运行工况。幽此可见，本系统将把计算机网络技术、 数据库技术、信号分析与故障诊断技术等有机地结合起来。系统运行淤意图如图2 1 所 示。 图2 1 系统运行承意图 具体说来，本文所构建的通程分析诊断系统虚满足如下基本功能要求： l ，砖机组的实时、历史数据遵 亍分析，其中耍包括掌囊分析、瞬态分辑和时频分 拆多耱分毒嚣功能，在魏基础上，还要实现黠瓠缀鹣远程馥障诊薮； 2 帮用户能够进行交互。穰据用户对祝组数据和分析方法的选择，进行相应的操 作和用户界面的显示，并支持对分析结果和诊断结果的打印输出； 3 。针对系统和生产实际的特点，对设备数据的管理应采用一套更为科学、合理的 数据管理方案； 4 用户管理，数据库安全以及事务管理。 除溃怒以上功要求乡 ，焱考惠设备远程譬号分折与鼗漳诊蘩系绕豹牙较往昶柔瞧 6 第二章系统总体分析和规划 后，对此系统提出了以下的扩展功能要求：建立技术论坛b b s ，用户可以将一些疑难问 题以图谱或文件方式发布，技术人员、专家和其它用户都可参与到讨论中去；另外，从 用户角度出发，系统还应该提供详细的在线帮助。 2 2 系统总体结构 计算机诞生至今虽然只有短短的几十年，却经历着日新月异的变化。从大型机到小 型机，从独立专用到与网络自由连接，从局域网到广域网和i n t e m e t 新的概念层出 不穷，“网络”日渐深入人心，同时网络计算模式也不断向高级演化。早期的主机终端 ( h o s t t e r m i n a l ) 结构已发展到客户端瑁务器( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 结构，并风行于整 个信息领域| 2 9 】。然而，也正是因为网络的迅速普及及其应用的不断升级，c l i e n “s e n r e r 结构越来越显露出其不堪重负的一面，浏览器朋日务器( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 结构模式 应运而生，逻辑上的两层结构亦向三层转变。 在实际中较常用的系统模式一般有c l i e n t s e r v e r 和b r o w s e r s e r v e r 两种模式。由于 本文所要建立的远程分析诊断系统的结构是整个系统构建的前提和关键所在，有着举足 轻重的地位，所以本节将重点对两层c l i e n t s e r v e r 和三层b r o w s e r s e r v e r 两种结构模式 加以介绍和分析比较。 2 2 1 传统的两层c l i e n t s e r v e r 结构 网络应用可分为用户界面层、业务逻辑层和数据服务层几个层次。早期应用中，用 户界面层和业务逻辑层没有分开，都位于客户端，而数据服务层位于服务器端，逻辑上 是两层的，即所谓的两层c l i e n t s e r v e r 结构，如图2 2 所示。此种模式将一个应角分为 两个部分：前端( 客户端) 、后端( 服务器) 。所谓服务器是指向客户端的请求提供服务的 逻辑系统。一般来说，客户机向服务器发出请求，让服务器为其完成一部分工作：服务 器则处理客户机的请求并返回结果。 户 在 要 应 共 图2 2 两层c l i e n t s e r v e r 结构 7 一 郑州大学硕士学位论文 给安装、维护带来相当大的困难，扩展性不好。此外每个用户与中央数据库服务器相连 时都要保留一个对话，当很多客户同时使用相同资源时，容易产生网络堵塞。 综上所述，两层c l i e n t s e r v e r 结构推动了数据库应用的普及，但随着数据库应用规 模的扩大，特别是今天的应用范围由l a n 扩展到w a n ，甚至扩展到i n t e m e t 时，传统 的两层c l i e n t s e r v e r 结构日益显示出它的弊端来。具体表现在以下几个方面： 1 执行效率无法满足日益膨胀的客户需求。两层c l i e n t s e r v e r 结构中的客户数量受 到一定的限制，一般而言，当客户数量由数十个增加到数百个时，系统的执行效率便开 始显著下降，主要原因是大量的数据库并发连接消耗了宝贵的数据库资源，而这种连接 往往使用率非常低。 2 两层c l i e n t s e r v e r 结构的维护成本较大。首先是硬件成本，在数据库服务器端相 对不变的情况下，要提高系统的执行效率，往往需要对客户机的硬件进行升级；其次是 软件成本，包括应用软件的维护成本和系统的扩充成本。在两层c l i e n t s e r v e r 结构的体 系结构下，随着系统规模的扩大这两种成本会显著地增加。另外，随着应用需求的变化， 这种结构使系统较为缺乏灵活性。 3 大规模的应用系统在负载平衡能力上显得力不从心。虽然目前多数的数据库系 统都支持分布式应用，但仍然需要客户端的应用来实现负载的均衡。当数据库连接成为 系统的负担时，负载平衡能力就显得非常必要了。 2 2 2 三层b r o w s e r s e r v e r 结构 三层b r o w s e r s e r v e r 结构可以说是分布式的c l i e n t s e r v e r 结构。图2 _ 3 所示的是三层 b r o w s e r s e r v e r 更为详细的结构图，需要指出的是，这里的服务器可以是单个也可以是 分布在网络上的多个。三层b r o w s e r s e r v e r 的优越性是显而易见的，因为客户端只需要 安装浏览器，维护只在服务器端进行即可，更进一步减轻了开发前期、后期的工作量29 1 。 图2 3 三层b r o w s e r s e r v e r 结构 与传统的两层c l i e n t s e r v e r 应用中的用户界面层的功能类似，w e b 浏览器( w e b b r o w s e r ) 用作客户框架，直接和最终用户打交道，显示静态或动态h t m l 页面( 浏览 器能自动下载一些必需的代码，如a c t i v e x 控件，j a v a a p p l e t 等) 。浏览器的使用使得 数据流向不仅仅是从服务器到客户，而是具有更加强大的双向功能。 图2 t 3 中，w e b 服务器和应用服务器都属于中间层。w e b 服务器主要处理与界面相 关的服务，接收用户提交的各种请求并提交给应用服务器，得到处理结果后，再将相应 8 一 第二章系统总体分析和规划 的标准h t m l 页面返回给客户浏览器；应用服务器处理业务逻辑，在接收到客户方的 请求后根据应用逻辑将这个请求转化为数据库请求，然后与数据库服务器交互，并将交 互结果送给w e b 服务器。 本节前面提到的两层c l i e n t s e r v e r 结构的缺点在三层b r o w s e r s e r v e r 结构中都会得 到比较好的解决。除此之外，两者相比较，后者还具有如下几个明显的优势： 1 三层b r o w s e r s e r v e r 结构的客户端是w e b 浏览器，属于瘦客户模式。从应用推 广的角度来看，瘦客户意味着无需在客户端做复杂的安装和配置，大大减轻了用户的负 担。这种模式正发展成- i 十趋势，它代表着系统应用逐渐走向成熟、简洁、灵活。 2 三层b r o w s e r s e r v e r 结构可以减少网络开销。在两层结构中，对于典型的一次的 事务处理( t r a n s a c t i o n ) ，客户机与数据库往往要进行多次交互。而在多层结构中，可以 通过中间层，客户机的数据交互只需要一次，数据的多次交互可以限定在中间层与数据 库之间，这样网络上的数据流量就会大大减少。 2 2 3 系统采用的结构模式 通过对以上两种结构模式的对比可知，采用基于b r o w s e r s e r v e r 的远程分析诊断在 客户端只需要安装浏览器软件，服务器端需要安装w e b 服务器软件，如i i s 5 0 等。总的 说来，三层b r o w s e r s e r v e r 模式提供了一个跨平台、简单一致的浏览环境，与传统的两 层c l i e n t s e r v e r 模式相比，有以下优点： 1 系统开发环境与应用环境相分离，并且开发完善过程可与应用过程相对独立地 异步进行，便于系统的管理与升级； 2 应用环境为标准通用的浏览器( 如n e t s c a p en a v i g a t o r ，i n t e m e te x p l o r e r 等) ，即 浏览器作为公共一致的用户界面g u i ( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ) 的环境。这样，简化了 传统系统中较为复杂的g u i 的开发，简单地实现了跨硬件平台和操作系统即跨平台的应 用，大大降低了对用户的培训、安装、维护等费用【2 6 j ； 3 大大降低对网络带宽的要求。由于采用b r o w s e r s e r v e r 结构，用户端只是做数据 的呈现和录入，业务逻辑完全在服务器上实现，从而大幅降低网络负荷： 4 在这种模式下可利用互联网上无穷的信息，能够提高故障诊断的精确度，而且 b r o w s e r s e r v e r 模式还可以集成多种网络服务，如e m a i l 、f t p 等。 鉴于以上b r o w s e r s e r v e r 模式的众多优点，在本文所开发的远程信号分析与故障诊 断系统中就采用了这种基于b r o w s e r s e r v e r 模式的结构。 2 3 系统硬件平台 近年来由于p c 技术的长足发展，采用高性能的p c 作为一般运算负载的服务器已 成为普遍现象，p c 还具有成本较低、配置灵活等优点。针对本系统结构中不同部分的 作用和工作情况，下面将讨论一下如何选择各部分的硬件配置。 网页服务器主要是为系统外部用户提供各种网页和相关的网络接口服务，为加快系 统响应速度，网页服务器应该配置大容量内存和较高速的硬盘系统。般可以考虑配置 1 2 8 m 或更大容量的内存，及s c s i 接口的硬盘。数据库服务器主要是用于存储各监测系 统传输来的设备状态信息及历史数据、分析诊断所需的故障诊断特征数据信息和分析诊 断形成的结果信息。因此数据库服务器应具有大容量的硬盘系统，最好配置c d r 等数 据备份设备( 3 0 】。 在成本允许的条件下，连接系统各部分的网络应具有较大的带宽，加快数据交换的 9 郑州大学硕士学位论文 速度。基于速度和安全性的考虑，监测系统的网络连接建议采用1 0 0 m 内部以太网。若 采用公共通信线路则应选用高速的i n t e m e t 接入方式如i s d n 、a d s l 等。网页服务器对 外的连接带宽应根据实际的并发客户数目确定。客户浏览器的计算机硬件要求较低，能 接入i n t e m e t 即可。 2 4 系统软件平台 2 4 1 网络操作系统的选择 网络操作系统n o s ( n e t w o r ko p e r a t i n gs y s t e m ) 是用来连接网络上的计算机，使其 能方便、高效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务、并保证系统顺利运行 的软件。 随着计算机网络的飞速发展，多种网络操作系统活跃在网络市场中。综观当今网络 市场，可供选择的最常用的网络操作系统主要有n o v e l l 公司的n e t w a r e 、m i c r o s o f t 公司 的w i n d o w sn t 以及u n i x 、l i n u x 等。作为几大网络操作系统它们有许多共同点，同时 又各具特色，被广泛地应用于各类网络环境中，并都占有一定的市场份额。对网络建设 者而言，如何选择合适的网络操作系统己成了一个重要的问题。网络操作系统选择得好， 不仅可节约资金和人力，而且能大大提高系统