基于Internet的嵌入式设备状态监测系统开发与研究

1、    基于Internet的嵌入式设备状态监测系统开发与研究    基于Internet的嵌入式设备状态监测系统开发与研究    类别：嵌入式系统      摘要：网络化的设备状态监测及故障诊断是企业设备状态监测的发展方向。本文介绍了一种基于Internet的嵌入式设备状态监测与故障诊断系统，利用嵌入式动态信号测试分析仪进行现场数据采集，通过Internet上传至服务器，实现了设备数据的集中化管理，专家通过网络可以

2、对设备状态进行远程监控，并且服务器可以对客户端的连接进行在线监控，增强了系统的规范化管理和安全性。 关键词：状态监测;故障诊断;Internet;嵌入式 前言 随着计算机网络技术的发展，多数企业的内部网络已经建成，网络化的设备状态监测及故障诊断系统成为企业设备管理的发展方向。设备状态监测网络化特点在于：一方面，设备监测分析人员和专家们不再局限于在工业现场对设备进行状态监测，他们完全可以通过企业Intranet或Internet对设备运行状况进行远程状态监测和故障诊断；另一方面，由于单机版的设备状态监测数据就存在本地机中，整个企业工厂的设备状态数据分布在各个监测点上，较为凌乱，要统一集中化管理整

3、个企业的设备数据较为困难。 基于此，作者开发了一种基于Internet的嵌入式设备状态监测和故障诊断系统，将整个企业的设备监测数据放在服务器进行集中式管理，设备监测人员通过网络，经过服务器身份验证后即可从服务器获得相应权限的设备数据进行在线状态分析，同时本系统中也加大了服务器端监控软件的监督管理功能，能够监听到所有来自有客户端的socket请求连接，并对其进行身份验证，以决定其是否可运行安装在本地机的客户端软件，系统安全性、规范性得到了保证。 系统框架整个系统基于Internet架构。在工业现场，先通过网络从服务器上下载设备巡检路径信息至现场嵌入式动态测试分析仪中，然后嵌入式动态测试分析仪按照

4、所下传的巡检路径信息采集现场设备的数据至分析仪中，既可以利用分析仪中的信号分析方法进行数据现场分析，也可以通过网络上传数据至服务器上指定的相应测点目录下，同时将分析仪的采集数据删除（根据实际需要，采集的数据也可保留在本地分析仪中）。远程监控中心的设备管理人员或者专家经过权限认证，从服务器上在线获得所上传的设备数据，在客户端便可运用系统的信号分析软件所提供的各种信号分析方法，对设备的运行状况进行分析，进而进行故障诊断，做出相应的维修决策。 系统结构设计及实现本系统采用服务器的集中管理模式，同时又具有C/S和B/S模式的双重特点，服务器不但提供数据库服务器的功能，而且还担任了WEB服务器的功能。W

5、EB服务器的作用在于提供客户端用户（设备状态监测人员及专家）在线注册、下载客户端软件（包括信号分析诊断软件和动态信号采集软件两部分）、软件实时更新等功能。通过提供WEB服务这样一种方式，一方面通过用户注册，使得企业管理者可以及时了解整个厂的设备状态监测人员的实际分布情况，如所属分厂、车间、职务等信息，便于管理者统筹安排人力资源，另一方面，也为整个厂的各个监测点客户端软件的安装和以后的软件升级提供了一个平台。数据库服务器则存有整个厂的设备信息，包括设备测点路径信息和和所采集的测点数据文件。 软件实现 软件是设备监测与故障诊断的中枢神经。在本系统中，系统软件分为系统软件下载程序、客户端信号分析诊断

6、软件、客户端嵌入式动态信号分析软件、服务器端管理软件四个部分。数据库采用SQLServer2000,开发语言工具为JSP，VC6.0。 用户注册、下载软件程序 由前所述，利用系统所提供的WEB功能，企业各设备管理人员、设备采集人员需先从服务器上下载相应权限的客户端软件，这样既可以实现企业设备管理人员的规范化管理，又为以后的软件升级提供了方便。系统采用JSP建立用户申请下载软件界面，用户通过浏览器输入网址，在页面上可以输入已分配的用户名和密码，通过服务器验证后即可从服务器下载相应的客户端软件。此外，用户可在页面上输入个人的基本信息，如年龄、性别、用户级别（厂长、车间主任、设备管理人员、采集人员等

7、）、所属分厂、车间、电话等信息，并在服务器数据库中建立用户相应的信息表。 客户端嵌入式动态信号分析软件 数据采集人员在客户端，如现场工作站，运行嵌入式动态测试分析仪中的信号分析软件，输入相应的用户名和密码，通过服务器验证后即可连上服务器获得数据。如前所述，一方面，该采集程序通过网络从服务器上获得巡检计划/路径（分厂车间设备测点）分析仪中，另一方面，将嵌入式动态测试分析仪采集到的数据存为指定的文件格式，然后将所存的数据文件上传至服务器巡检路径的指定测点目录下，以备以后的远程终端信号分析软件分析使用。 除了采集、传输功能，该测试分析仪还集成了常用的各种分析方法，如时域（自相关，互相关等）、幅值域（

8、参数计算，直方图等）、频域（倒谱、包络谱、细化谱等），时频分析（SFFT、小波分析、小波包分析（如图），如果需要，在现场采完数据后即可进行信号分析，及时判断设备运行状态。 图1系统框架图 图2系统小波包分析界面 客户端信号分析诊断软件 除了利用便携式的嵌入式动态信号测试分析仪进行现场的分析外，我们也可以在办公室对数据进行进一步详细分析，相配套的软件为客户端信号分析诊断软件。同样，设备监测分析人员在客户端，如远程诊断中心，运行信号分析诊断软件，输入相应权限的用户名和密码，即可连上服务器进入信号分析诊断软件，从服务器获得相应的数据文件进行分析。 信号分析诊断软件也包括以上所介绍的各种分析方法，而且

9、包含有设备状态趋势预测和报警功能（包括常数和窄带报警），包含有故障查询，线性回归预测、BP神经网络预测、灰色预测等故障诊断方法，能有效、及时地发现设备的工作状态，以采取相应的措施。 该软件采用树型结构目录（总厂分厂车间设备测点测量类型），可以看到各个节点的结构层次，并且提供多种设备检索方式，如树型、命名检索，可统计各分厂、车间、设备的测点个数。同时设备监测人员可以随意增加、删除测点，而以企业管理者权限进入的用户则拥有对监测人员、设备进行添加、删除的权限，可将某一设备指定给相应监测人员管理。 软件还包含有报表打印功能，可以打印厂、车间、设备、测点位置、测试文件名、测试日期/时间、工况、数据分析后

10、的图形曲线等信息。 服务器端管理软件 本系统中，服务器端管理软件是整个系统的控制中心，提供一个监测、管理在线用户的功能。软件采用Socket技术，可以侦听各个客户端的连接消息，然后对其进行身份验证，通过系统验证后，给其发送通过验证消息即可使其连上服务器，运行相应的客户端软件。 服务器端管理软件具备用户管理功能，并可设置并发连接用户的个数，如果某一时刻客户端连接数等于所设置最大连接数，其它客户端将会得到系统忙的提示消息，这样可以根据实际服务器的硬件性能，灵活控制系统的负荷；服务器端也可以控制任一客户端的连接与断开，即服务器端切断某一客户端的连接时，这个对应客户端的程序将强行关闭，增强了系统的安全

11、性与灵活性。同时，服务器端还可以浏览整个在线用户的信息，包括有用户名、管理权限、IP地址、登陆时间、登陆号等。 需特别指出的是，为了避免可能出现的网络阻塞和客户端、服务器端双方任意一方非正常退出等情况，该软件增加了双方定时发消息的功能，通过此来判断对方是否还在线。例如，当服务器端由于非正常原因退出了，如死机了，客户端如果隔了一段时间收不到服务器端的确认消息，便会强行退出，对于本系统来说，这时的客户端连接已经没有存在的意义了，增强了系统的安全性能。同样，如果在线的某一客户端非正常退出了，服务器端应该也“侦察”得到，将此客户端从socket队列中删除，同时在线的计数值减1。 图3服务器参数设置界面

12、 同时，服务器端软件还可动态修改所选数据库类型（本系统中可供选择SQLServer和Oracle两种网络数据库）及其端口号和登陆密码，提高了系统的灵活性与安全性。 系统安全 由于本系统涉及到网络，所以不可避免的需考虑网络安全的问题。除了前面已提到的登陆服务器身份验证和服务器端对客户端的控制连接功能外，在本系统中，还考虑了以下安全措施： (1)防火墙 在服务器端和客户端安装防火墙，能有效的屏蔽一些非常用端口，对信息进行有过滤，防止一些非法人员的恶意攻击，增强系统的安全性。 (2)数据的加密，解密 一些关键数据在网络中传输，如用户名、密码等，如被非法人员窃听得到，后果是不堪设想的。在本系统中，为了

13、加强系统的安全性，在数据发送前进行加密，而对方在收到数据后再在本地机对数据解密后使用，可以有效防止万一数据在传输途中被窃取后，也不会被获得原始的真实数据，系统数据安全性得到了有效地保证。 (2)数据备份 在系统安全性方面，一方面，在做好系统安全性防护和数据加密工作后，另一方面，为了以防万一，我们也应该及时地对数据做好备份。在本系统中，数据备份主要分为服务器本地机备份和局域网内备份。利用Windows操作系统自带的备份工具可以方便快捷地对数据进行本地机备份，而通过局域网内机器的同步定时数据备份，可以防止服务器万一崩溃而无法恢复所带来的数据丢失。 嵌入式动态信号测试分析仪 作为现场终端采集、分析设

14、备，在本系统中，嵌入式动态信号测试分析系统集合了电荷、电压和ICP输入，内部集成了一整套应用于工矿企业生产设备的状态监测、故障诊断与预测维修的解决方案，满足没有远端计算机诊断系统的分析要求。该分析仪能够实现连续大样本数据采集，完全再现现场工况的动态发展过程，实现在线监测与离线巡检的高度统一。同时集成时域、频域和时频域各种信号分析方法，满足现场数据分析的所有功能要求。也可以在内部数据管理系统的统一指挥下通过U盘、串口或网络传送至数据分析中心，做进一步详细的分析研究。 图4嵌入式动态信息信号测试分析仪系统结构 图4为分析仪系统结构图。现场数据信号经过信号预处理、抗混滤波后进入信号采集卡。信号预处理系统主要是将传感器输出的电压、电流等各种信号进行放大、滤波或运算得到用户需要的而且满足A/D采集芯片要求的信号；而抗混滤波把待测系统的高频噪声干扰滤除，防止高频信号采集过程中的混叠现象。分析仪包括串口、USB、网口等多种与外界通信方式，采用液晶屏显示，并且配有鼠标与键盘接口。限于篇幅，在此不再赘述。 结论