摘 要: 研究了基于BITBUS現(xiàn)場總線通信子網(wǎng)和Windows NT局域網(wǎng)而構(gòu)建的大型復(fù)雜機(jī)電設(shè)備分布式狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),，介紹了該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)所包含的各硬件、軟件子系統(tǒng)的構(gòu)造與設(shè)計(jì),。

　　關(guān)鍵詞: 分布式狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)? 專家系統(tǒng)? 故障診斷? 現(xiàn)場總線

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　　大型復(fù)雜機(jī)電設(shè)備通常包括電氣,、機(jī)械,、液壓、氣動,、控制等多個設(shè)備單元,。在對此類設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷時，由于系統(tǒng)的設(shè)備繁多,、復(fù)雜,，以往所采用的用逐點(diǎn)、串行采集信號進(jìn)行監(jiān)測與診斷的方法不僅費(fèi)時,，而且監(jiān)測與診斷的效率較低[1～3],。分布式狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)同步、并行地對系統(tǒng)的各個重要部分進(jìn)行信號采集和處理，不僅大大提高了效率,，而且所采集的信號具有同步關(guān)聯(lián)性;借助信息融合的方法,，還可以提高診斷的精確性，為保證設(shè)備的安全性與可靠性提供了一條非常有效的途徑,。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　分布式監(jiān)測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示,。從圖中可以看出，整個系統(tǒng)主要包括以下五部分,。

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1.1 現(xiàn)場監(jiān)測單元

　　該部分主要包括傳感器子系統(tǒng),、監(jiān)測儀表子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，主要完成對各種信號的變換,、采集,、預(yù)處理和顯示等功能。各個現(xiàn)場監(jiān)測單元本身具有一些初步的信號分析能力,，也可以擴(kuò)充多個傳感器單元,，以便同時對設(shè)備的一個子系統(tǒng)進(jìn)行基于多個傳感器的多點(diǎn)、多種信號采集和分析,。

1.2 現(xiàn)場通訊子系統(tǒng)

　　現(xiàn)場通訊子系統(tǒng)完成各個現(xiàn)場監(jiān)測單元之間的通訊功能,，并負(fù)責(zé)將有關(guān)信息傳遞到監(jiān)測分析子系統(tǒng)。該單元采用BITBUS現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型,，并采用集中式通信控制，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量大于32個,，數(shù)據(jù)傳輸速度在通信距離為1000～2000m時可達(dá)375kbps,，采用雙絞線半雙工傳輸方式。網(wǎng)絡(luò)通訊采用BITBUS總線定義的物理層,、數(shù)據(jù)鏈路層,、消息層和應(yīng)用層等四層通信結(jié)構(gòu)。由監(jiān)測分析子系統(tǒng)控制各數(shù)據(jù)采集器,，尋址后發(fā)送控制命令,，數(shù)據(jù)采集器則執(zhí)行命令，發(fā)送數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)控制命令和數(shù)據(jù)傳送,。

1.3 監(jiān)測分析子系統(tǒng)

　　計(jì)算機(jī)監(jiān)測分析子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的重要組成部分，它一方面與各個現(xiàn)場監(jiān)測單元進(jìn)行通訊,，并將各現(xiàn)場監(jiān)測單元的信息進(jìn)行處理和存儲,，為診斷專家子系統(tǒng)提供診斷信息和依據(jù);另一方面通過該子系統(tǒng)控制整個系統(tǒng)的工作過程，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備各子系統(tǒng)的信號采集,、狀態(tài)監(jiān)測,、故障檢測及為專家系統(tǒng)提供診斷信息數(shù)據(jù)庫等功能,。

1.4 故障診斷分析處理專家系統(tǒng)

　　故障診斷分析處理專家系統(tǒng)包含多個子診斷專家系統(tǒng),，利用監(jiān)測分析子系統(tǒng)所產(chǎn)生的各種信息和分析處理結(jié)果,，把診斷任務(wù)分給相應(yīng)的故障診斷專家子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)利用知識庫中已有的知識和推理方法,，分別完成各自的推理診斷任務(wù),。然后，總系統(tǒng)根據(jù)各子系統(tǒng)所得出的結(jié)論和信息,，進(jìn)行信息融合和知識推理,，找出設(shè)備可能存在的故障原因及故障部位，并給出故障處理意見,，為現(xiàn)場維修提供重要決策意見,。故障診斷專家系統(tǒng)與監(jiān)測子系統(tǒng)進(jìn)行組合，既可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)測和實(shí)時故障診斷,，又可以通過人機(jī)對話的形式交互地完成診斷咨詢?nèi)蝿?wù),。

1.5 Windows NT 局域網(wǎng)

　　Windows NT 局域網(wǎng)將計(jì)算機(jī)監(jiān)測子系統(tǒng)與故障診斷專家系統(tǒng)以及各診斷子系統(tǒng)聯(lián)接起來。監(jiān)測子系統(tǒng)所產(chǎn)生的信息以及各專家系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)果均通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行通訊,，實(shí)現(xiàn)各種信息和數(shù)據(jù)的交換,。利用局域網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測與診斷過程中的各種信息和資源的共享,。如果將該局域網(wǎng)與其它遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相連,，還可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷^[4]。

　　采用以上方法建立的系統(tǒng)體系,，可以有效地完成對設(shè)備進(jìn)行信號采集,、處理、信息交流,、分布式監(jiān)測和故障診斷等功能,。

2 系統(tǒng)軟件組成及設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件主要包括信息通訊軟件、監(jiān)測分析系統(tǒng)軟件和專家系統(tǒng)診斷軟件,。

　　信息通訊軟件主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信,，主要包括BITBUS總線通訊軟件和NT局域網(wǎng)信息通訊軟件。其中,，BITBUS總線通訊軟件包括通信控制器軟件和現(xiàn)場監(jiān)測單元通信軟件,。通信控制器軟件主要控制通信控制器與各現(xiàn)場監(jiān)測單元之間的通信，而現(xiàn)場監(jiān)測單元通信軟件則用于完成現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測單元與主站(通信控制器)的通信?，F(xiàn)場監(jiān)測單元作為從站沒有通信主動權(quán),，通信任務(wù)由通信主站向各現(xiàn)場監(jiān)測單元發(fā)送控制命令來啟動。NT局域網(wǎng)通信軟件主要完成監(jiān)測分析系統(tǒng)和專家分析處理中心以及局域網(wǎng)內(nèi)各單元的信息通訊任務(wù),。

　　監(jiān)測分析系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)分析軟件的重要組成部分,，它一方面管理和控制數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的工作，同時本身又完成許多分析處理任務(wù)，如實(shí)時數(shù)據(jù)通訊,、數(shù)據(jù)文件管理與存儲,、動態(tài)數(shù)據(jù)分析、瞬態(tài)數(shù)據(jù)分析,、趨勢分析以及為專家系統(tǒng)提供各種信息,。

　　專家系統(tǒng)診斷軟件是整個軟件系統(tǒng)的核心，它處理的內(nèi)容包括知識的處理和診斷信息的處理,。它由以下幾個模塊組成:

　　(1)系統(tǒng)管理與協(xié)調(diào)模塊:是系統(tǒng)的管理與控制核心,，用來控制和協(xié)調(diào)各項(xiàng)任務(wù)之間的高度和信息交換，主要通過多級黑板來實(shí)現(xiàn),。

　　(2)設(shè)備數(shù)據(jù)庫:包括設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)庫和由監(jiān)測分析子系統(tǒng)所建立起來的反映當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀況的各種數(shù)據(jù)文件,，該數(shù)據(jù)庫是診斷專家系統(tǒng)的主要信息來源。

　　(3)征兆事實(shí)庫:通過對設(shè)備數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)的分析和數(shù)據(jù)抽象而獲得的用于診斷推理所需要的所有征兆事實(shí),，征兆事實(shí)是診斷推理的主要依據(jù),。

　　(4)診斷知識庫:用于存放設(shè)備的各種類型的診斷知識，包括故障事例庫,、過程算法庫,、故障對策庫等。這些知識可以由人工進(jìn)行編輯輸入,，同時專家系統(tǒng)本身會自動獲取填充到知識庫中,。

　　(5)專家系統(tǒng)功能模塊:包括征兆獲取模塊、多級推理模塊,、解釋模塊,、知識庫編輯模塊、多級黑板模塊和自學(xué)習(xí)模塊等,，用以完成專家系統(tǒng)的各項(xiàng)操作和推理功能,。

　　(6)用戶界面:包括人機(jī)對話接口和用戶開發(fā)接口。人機(jī)對話接口用于進(jìn)行各種信息輸入,、輸出的對話,，用戶開發(fā)接口則用于用戶對系統(tǒng)知識數(shù)據(jù)庫的操作。

　　專家系統(tǒng)軟件的工作流程圖如圖2所示,。

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　　整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì),，采用了不同的語言來實(shí)現(xiàn)。其中,，BITBUS總線通訊軟件采用匯編語言來實(shí)現(xiàn),，NT局域網(wǎng)通訊軟件采用C++語言來實(shí)現(xiàn)，而整個系統(tǒng)知識庫則采用ORACLE大型數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn),。

　　某型導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)地面發(fā)射設(shè)備是火箭導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分,，它是一個包括了電氣,、機(jī)械、液壓,、氣動,、控制等多種設(shè)備單元的大型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，實(shí)際操作過程中容易因各種原因發(fā)生故障和造成事故,。為了有效地保障其隨時處于良好的狀態(tài)，我們在對該系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷過程中采用了以上分布式系統(tǒng),，分別對其多個設(shè)備單元的信號(包括開關(guān)量信號、脈沖信號,、模擬量信號和各種振動信號等)進(jìn)行采集,，并行、分布地對發(fā)射系統(tǒng)的多個關(guān)鍵設(shè)備單元進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,，有效地保證了該系統(tǒng)使用的可靠性和安全性,。另外，除了在武器裝備系統(tǒng)中應(yīng)用外,，系統(tǒng)稍加改變,，也可以用于其它大型機(jī)電系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。

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參考文獻(xiàn)

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