远程监测与故障诊断系统研究

摘要：为了解决诊断资源时间空间的限制、系统开发通用性差的问题，设计了远程监测与故障诊断系统。首先，分析了系统的总体框架和结构。然后，分别介绍了监测子系统和故障诊断推理机的结构及设计。最后，介绍了基于组件技术的系统设计的优点。本系统主要采用组件技术实现数据处理扣故障诊断通用性，同时利用基于网络的设计实现诊断资源共享。
关键词：监测；故障诊断；组件技术；资源共享

    随着分布式计算、远程信息处理等技术的发展，监测诊断系统的开发已经具备相当的规模，得到了较为广泛的应用。但也还存在一些问题，主要有：1)软件系统的通用性差，相似功能的软件模块重复多次开发，浪费人力、物力等资源；2)软件系统的可靠性无法保证，开发工作不连续造成的独立、非标准化、没有继承性的开发很难保证软件的可靠性；3)资源受到时间、空间的限制。无法及时有效地提供给系统使用；4)软件系统的开放性差，没有统一的软件接口规范，诊断知识数字化积累、集成困难，因此不同开发单位、不同开发部门的不同开发人员开发的软件无法彼此集成。
    基于上述原因，系统利用组件技术开发组件化模型，创建远程监测与故障诊断体系结构。当系统随着时间的变化其功能需要增加或者局部需要修改时，只需增加、修改或更换相应的组件即可，大大增加了软件系统的可重构性。通过组件技术的可复用性有效地解决了当前系统开发中所面临的问题。

1 系统总体设计
1．1 总体设计
    基于组件技术的远程监测与故障诊断系统的总体结构如图1所示，其主要组成部分包括用户界面组件、诊断推理组件、数据库管理组件、知识库管理组件和诊断测试接口组件等。各功能组件通过诊断服务通信接口与其他组件交换信息，就像挂在“软总线”上通过公共通道传递信息。

1．2 总体框图
    依据上述的设计思想，设计系统的总体软件结构图如图2所示。

    系统由远程诊断子系统和局部诊断子系统构成。局部诊断子系统主要由系统配置软件、数据处理子系统、数据监视子系统和故障诊断子系统。其中系统配置软件和数据监视子系统是局部诊断子系统的客户端部分，数据处理子系统和故障诊断子系统是局部诊断子系统的服务器部分。远程诊断子系统利用网络实现诊断资源共享和专家在线协助指导。

2 监测子系统组件设计实现
    监测子系统主要包括数据处理子系统和数据监视子系统。数据处理子系统是监测子系统的核心组成部分，负责诊断数据解析、处理、判读及传输。为实现数据处理流程的可重构和数据处理的通用性，数据处理子系统所需的算法资源以及执行软件实体工具等均采用组件技术实现。数据监视子系统实现参数状态趋势的监视。
2．1 数据处理子系统
    数据处理子系统软件主要由数据采集器、流程管理器、数据判读器及数据管理模块构成，各部分功能介绍如图3所示。

    数据采集器是数据处理系统的数据源，主要负责加载本地数据或接收远程网络传送的数据，并将其归档为历史数据文件，或者将数据写入共享内存，实现流程管理器运行所需数据源的分发。数据采集器组件的实现采用进程内COM组件形式，而数据采集器与流程管理器之间的数据传输利用共享内存和事件通知形式实现。
    流程管理器是数据处理子系统的核心组件，实现数据处理流程配置文件解析生成流程模型：根据数据采集器事件形式通知的参数列表从共享内存中获取参数数据并分发给所需的处理流程作为流程输入数据；执行流程(单流程执行或多流程并行执行)获取流程输出：为数据判读器进行参数判读提供判读数据源。流程管理器采用进程内COM组件实现。
    数据判读器，将流程输出数据依据判读准则进行简单判读后经数据广播再监视显示。
2．2 数据监视子系统
    数据监视子系统根据监视开发子系统开发的监视配置文件，生成用户自定义监视界面。在监视过程中，数据监视运行子系统接收数据判读器发送的判读参数信息，并在监视界面中显示，如图4所示。监视参数显示采用报表或曲线形式，可以实现多报表页面或多曲线页面并行显示，能在不同监视页面之间切换。在参数监视过程中，系统能够保存当前监视的参数数据到数据文件。

3 远程诊断子系统设计实现
    远程诊断子系统(如图5所示)是故障诊断远程协作软件系统，主要实现远程诊断资源、信息的共享和重用以及远程专家、技术人员的在线指导。系统采用B／S模式，用户可以通过Web浏览器网页启动远程诊断子系统，远程诊断子系统应用程序位于Web服务器上。

    远程故障诊断子系统包括任务管理子系统、资源管理子系统、用户管理子系统、技术交流论坛子系统和消息通信子系统。其中，技术交流论坛子系统和消息通信子系统实现监测诊断技术和知识的在线交流：任务管理子系统实现诊断任务的提交，诊断任务的分配和诊断任务的处理；资源管理子系统实现诊断资源的共享，可以上传和下载资源。

4 诊断推理组件设计实现
4．1 诊断推理服务
    诊断推理过程描述如下：启动诊断过程后，诊断推理机处于“初始化”状态，在载入一个或多个诊断模型后，推理机进入“推理服务”状态。在“推理服务”状态，推理机从诊断模型中获取测试信息并执行测试，当某一测试项目执行完获得测试结果后，推理机进入“产生故障假设”状态，或选择下一步测试，或生成诊断结论。生成故障结论后，推理机还能够根据用户选择继续进行诊断直到获取终极结论。推理机状态图如图6所示。根据推理过程状态图，推理机服务定义如下：

    1)诊断模型管理服务：诊断模型的生成，诊断模型的载人，诊断模型中测试诊断信息的获取等。
    2)控制推理服务：启动或结束诊断过程，调用推理算法得到诊断结论，选择下一步测试项目等。
    3)分析报告服务：计算测试时间、费用，根据诊断结论分析应隔离的故障设备，显示推理过程路径等。
4．2 推理组件设计
    采用组件技术实现诊断推理机，在任何测试诊断系统中直接调用诊断推理机，实现诊断系统和测试系统无缝的连接。同时诊断知识和诊断推理机分离，将便于诊断知识的共享和重用。
    诊断推理机组件结构如图7所示。通过诊断模型加载器对象使诊断推理机加载诊断模型，诊断模型实体类厂对象利用诊断模型加载器对象获得的具体诊断模型的知识要素实现模型实体对象的实例化，诊断模型实体集对象管理已加载的诊断知识模型。最后由DCOM接口将诊断推理机支持的服务暴露给推理机用户。

    诊断推理机组件化模型如图8所示。数据接口IDataService提供数据访问服务，实现对诊断服务器数据库的数据访问功能；模型接口IM-odelManage提供诊断模型管理服务，实现诊断模型的生成和管理功能：推理接口IDiagInference提供诊断推理服务，实现故障诊断功能。

5 结论
    基于组件技术的远程监测与故障诊断系统具有如下创新点：一是组件技术实现监测与诊断推理机，使诊断知识和诊断推理机分离，便于诊断知识的共享和重用；二是方便系统进行功能扩充和完善，系统只需增加对应的功能组件即可实现功能扩展；三是系统可以跨平台、面向网络运行。