本文以某門式起重機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)龍門吊遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及故障診斷分析方法展研究。分析遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及診斷分析系統(tǒng)的功能需求，構(gòu)建系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，研究系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)故障樹與專家系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)建故障診斷專家系統(tǒng)，給出系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)模型，研制基于Web平臺(tái)的門式起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及診斷分析系統(tǒng)。本文的主要研宄工作分為以下幾點(diǎn)：

１）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

根據(jù)《GB/T 28264-2012起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》規(guī)范及生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)本遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及診斷分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，確定系統(tǒng)各個(gè)模塊功能。研究Socket網(wǎng)絡(luò)通信、Web socket數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性以及ActiveX控件繪圖等關(guān)鍵技術(shù)并應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷分析系統(tǒng)。

２）基于故障樹的門式起重機(jī)專家系統(tǒng)研究

在分析基于故障樹分析法的專家系統(tǒng)基礎(chǔ)上，構(gòu)建門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)、大小車行走機(jī)構(gòu)與電氣結(jié)構(gòu)故障樹。通過(guò)專家系統(tǒng)與故障樹分析法結(jié)合的形式構(gòu)建專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)。

３）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷分析系統(tǒng)需求，分析關(guān)系型與非關(guān)系型數(shù)據(jù)優(yōu)劣，選擇合適的ＳＱＬ，構(gòu)建基于故障樹的門式起重機(jī)專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及診斷分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

４）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研制

選用合適的編程語(yǔ)言與開發(fā)工具，完成本遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及診斷分析系統(tǒng)的開發(fā)。通過(guò)某實(shí)驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)功能，驗(yàn)證基于Web平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及診斷分析系統(tǒng)的實(shí)用性與準(zhǔn)確性

系統(tǒng)功能需求分析

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)之間聯(lián)系緊密，組合成一個(gè)高速、公用的互聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，不斷的推動(dòng)著各行各業(yè)的發(fā)展。傳統(tǒng)的設(shè)備故障分析與診斷模式深受互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)的影響也隨之步入了網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展路程。起重機(jī)這種特型設(shè)備，被各行業(yè)廣泛使用，所以對(duì)其監(jiān)測(cè)、故障分析意義甚是重大。不同類型的起重機(jī)在結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格與參數(shù)上各有差異，但根據(jù)國(guó)家2012年頒發(fā)的《GB/T 28264-2012起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》文件要求，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要，各型起重機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備下列基本功能：

１）系統(tǒng)能對(duì)起重機(jī)關(guān)鍵部位，如：齒輪箱、橫梁、支腿、電機(jī)以及各個(gè)開關(guān)、限位器的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與采集。

２）系統(tǒng)能以一定的數(shù)據(jù)格式將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

３）系統(tǒng)可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與診斷信息進(jìn)行回溯。

４）系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的違規(guī)操作、故障以文字、彈框和聲音形式進(jìn)行報(bào)警。５）系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收發(fā)應(yīng)盡可能滿足實(shí)時(shí)性，并保證數(shù)據(jù)的完整性。６）系統(tǒng)應(yīng)具有良好的人機(jī)界面，以簡(jiǎn)潔、直觀的文字、圖形、語(yǔ)音提示等形式呈現(xiàn)設(shè)備當(dāng)前狀況。

７）系統(tǒng)用戶應(yīng)根據(jù)級(jí)別賦予對(duì)系統(tǒng)操作的權(quán)限，保障系統(tǒng)的安全性。

８）系統(tǒng)可遠(yuǎn)程診斷分析設(shè)備故障，并對(duì)齒輪箱振動(dòng)故障進(jìn)行分析。

９）系統(tǒng)具備管理功能，管理員可對(duì)用戶信息、監(jiān)測(cè)記錄、診斷記錄以及其他事務(wù)進(jìn)行管理。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式選擇

隨著互聯(lián)網(wǎng)技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的模式也呈現(xiàn)出多樣性，傳統(tǒng)的C/S

模式過(guò)渡到了B/S模式。傳統(tǒng)的C/S模式，是將用戶界面與業(yè)務(wù)邏輯一并放到面向用戶的應(yīng)用程序，作為客戶端；將數(shù)據(jù)服務(wù)層放到后臺(tái)應(yīng)用程序，作為服務(wù)器端，是邏輯上的兩層結(jié)構(gòu)。在這種兩層C/S模式下，客戶機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)出業(yè)務(wù)需求，服務(wù)器在接收并處理后將結(jié)果返回給客戶機(jī)，以此實(shí)現(xiàn)前后臺(tái)的交互。但是，隨著業(yè)務(wù)量和用戶量不斷增加，該模式的執(zhí)行效率開始顯著下降，降低了系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)效果同時(shí)，企業(yè)需面向不同的平臺(tái)開發(fā)不同的版本，且系統(tǒng)升級(jí)必須重新開發(fā)所有的版本，升級(jí)維護(hù)和開發(fā)成本較高。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的C/S模式不足逐漸暴露。相應(yīng)地，B/S模式逐漸發(fā)展起來(lái)，它與C/S結(jié)構(gòu)類似，服務(wù)器端是Web server，客戶端是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器，應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)與WEB服務(wù)器通過(guò)Internet構(gòu)成。三層B/S結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍易拓展，升級(jí)維護(hù)簡(jiǎn)便。B/S結(jié)構(gòu)中，在Client端，用戶不需其他軟件和配置，可直接在Browser上通過(guò)RRL遠(yuǎn)程訪問(wèn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并可通過(guò)瀏覽器提供的交互界面實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的應(yīng)答交互。這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模式將整個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)文件與業(yè)務(wù)程序置于WEB服務(wù)器層，因此，只需置備一臺(tái)能滿足系統(tǒng)安全且穩(wěn)定運(yùn)行的服務(wù)器，而瀏覽器層用戶只需要擁有一臺(tái)可連網(wǎng)的PC機(jī)或移動(dòng)設(shè)備即可，這樣完全解放了用戶的設(shè)備配置，只要服務(wù)端（研究所或企業(yè)監(jiān)控中心等）進(jìn)行一些必要的軟件與硬件配置。通過(guò)對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)采用B/S模式不僅可以大大提高計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的使用率，還可節(jié)約開發(fā)成本。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括Web服務(wù)器、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)采集等部分，構(gòu)成一個(gè)B/S架構(gòu)的Ｗeb監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及診斷分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路如下：通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將企業(yè)工廠起重機(jī)的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)HTML以數(shù)字、報(bào)表、曲線、畫面與圖形的形式在網(wǎng)頁(yè)上呈現(xiàn)。授權(quán)用戶通過(guò)登錄系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)測(cè)及診斷頁(yè)面，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析及診斷，隨時(shí)掌握起重設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)工況。本監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖３－１所示。

對(duì)于整個(gè)Web平臺(tái)的起重機(jī)監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)，用戶啟動(dòng)起重機(jī)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)務(wù)器，獲取底層傳感器上傳的起重機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，然后通過(guò)TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信傳送至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。Ｗeb服務(wù)器對(duì)采集的狀態(tài)參數(shù)特征信息推送到瀏覽器端并以數(shù)值、圖表、曲線等形式呈現(xiàn)用戶面前。同時(shí)，系統(tǒng)還可根據(jù)特征值的狀態(tài)判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行，如果一旦超過(guò)門檻值，將有文字提示、語(yǔ)音報(bào)警等信號(hào)提示。

從圖２－１可以看出本系統(tǒng)主要分為如下３個(gè)部分：

１）數(shù)據(jù)采集：該系統(tǒng)對(duì)起重機(jī)需要監(jiān)測(cè)的部位進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、特征提取，將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信上傳至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)服務(wù)器，并保存起來(lái)。采集的數(shù)據(jù)包括起重機(jī)齒輪箱振動(dòng)、大小車位移、起升機(jī)構(gòu)的起升高度和重量、橫梁與支腿的應(yīng)力應(yīng)變、大小電機(jī)電流以及各個(gè)開關(guān)和限位器的狀態(tài)等反應(yīng)起重機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采用實(shí)驗(yàn)室己研制的應(yīng)用程序來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)。２）數(shù)據(jù)庫(kù)管理：數(shù)據(jù)庫(kù)是Ｗeb遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、管理的合理性直接影響著整個(gè)Ｗeb系統(tǒng)的性能P1。數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)概括為以下三大類：一是起重機(jī)各個(gè)部位狀態(tài)參數(shù)；二是用戶注冊(cè)登錄數(shù)據(jù)；三是歷史預(yù)警信息數(shù)據(jù)以及故障診斷記錄的信息等。大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和用戶操作數(shù)據(jù)借助早先己定義的數(shù)據(jù)表來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，便于以后管理。起重機(jī)相關(guān)歷史數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，需要設(shè)定保存周期，定期清除過(guò)期數(shù)據(jù)，另外對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)冗余數(shù)據(jù)也需及時(shí)清理［５３】。

３）狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷分析:狀態(tài)監(jiān)測(cè)即通過(guò)瀏覽器實(shí)時(shí)顯示起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)起重機(jī)設(shè)備故障進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)的起重機(jī)參數(shù)設(shè)置了報(bào)警閾值，當(dāng)某個(gè)參數(shù)的值超出設(shè)定的閾值后，遠(yuǎn)程瀏覽器端頁(yè)面上就會(huì)出現(xiàn)報(bào)警信息，報(bào)警信息以文字顏色改變、發(fā)出聲光等形式來(lái)提醒操作人員及時(shí)處理故障問(wèn)題。同時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)指出問(wèn)題部位，并給出適當(dāng)?shù)慕ㄗh，幫助用戶排除系統(tǒng)故障。故障診斷分析系統(tǒng)可分為兩部分：一是基于故障樹的專家系統(tǒng)。基于故障樹的專家系統(tǒng)，主要是幫助操作人員對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)與電氣故障進(jìn)行診斷，并根據(jù)系統(tǒng)和操作員的交互給出起重機(jī)故障類型與維修建議。二是數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析部分是專家或工程師通過(guò)調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的某一段時(shí)間內(nèi)的起重機(jī)齒輪箱歷史數(shù)據(jù)、各個(gè)電機(jī)電流、橫梁和支腿的應(yīng)力應(yīng)變值等數(shù)據(jù)，然后使用系統(tǒng)提供的分析工具的進(jìn)行分析，結(jié)合專家指導(dǎo)，給出詳細(xì)的分析診斷與合理的維修建議。通過(guò)以上論述可以發(fā)現(xiàn)，底層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連續(xù)獲取起重機(jī)各個(gè)狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)上傳至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)服務(wù)器中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)服務(wù)器將數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)發(fā)至Web服務(wù)器，同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶可以通過(guò)在瀏覽器輸入相應(yīng)的URL獲取系統(tǒng)界面，并通過(guò)發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與瀏覽器端的交互，以此來(lái)式來(lái)呈現(xiàn)當(dāng)前的各個(gè)測(cè)點(diǎn)狀態(tài)信息，便于用戶對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的了解。本系統(tǒng)統(tǒng)的信息流程如圖２－２所示。