物联网远程监控故障诊断系统的设计与应用

动化调度系统，它可以监测并控制现场的运行设备， 实现数据采集、设备控制、参数调节以及各类故障报 警等功能。
远程故障诊断系统涉及到众多的技术领域，一直 受到各国政府的重视，并投入大量资金开展基础理论 和应用产品方面的研究。近年来，随着其相关技术的 发展，远程故障诊断在许多领域得到了广泛应用。
物联网、云计算、移动通信技术等新一代信息技 术的发展，极大促进了监控系统的进步，使远程故障 诊断的实现有了坚实的技术基础。远程诊断系统能将
若监控中心不能正常工作时，可以将各管网监测 点的目标地址修改为远程诊断中心的地址，远程诊断 中心可以代管监控中心的业务，不仅能正常监测各管 网监测点的数据，而且能远程诊断系统故障。
3.1 监控中心和远程诊断中心软件结构设计 监控中心软件采用三层B/S结构，分别为客户层、
业务逻辑层、数据层。如图2所示：
设计与实现
物联网远程监控故障诊断系统的设计与应用
傅仁轩，石安委 （广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510310）
【摘 要】 【关键词】
物联网、云计算、移动通信等新一代信息技术的发展，使远程故障诊断的实现有了坚实的技术基础。探讨了物联 网监控系统的远程故障诊断方法，设计了远程故障监测与故障诊断的网络结构，并对网络结构的组成做了详细描 述。通过物联网技术，把传统的监控系统远程化、网络化，对提高维修能力、降低故障率具有重要的意义和实际 应用价值。 物联网 监控系统 故障监测 远程故障诊断
将客户端的应用程序精简到一个通用的浏览器软件， 如IE、Firefox、Safari等。浏览器将HTML代码转化成 为图文并茂的网页，网页具备一定的交互功能，允许 用户在网页提供的申请表上输入信息提交给第二层的 Web服务器，提出处理请求。
业务逻辑层位于客户层和数据层之间，这层封装 了与系统关联的应用模型，并把用户表示层和数据库 代码分开。该层提供客户应用程序和数据服务之间的 联系，主要功能是执行应用策略和封装应用模式，并 将封装的模式呈现给客户应用程序。业务对象使用EJB 完成数据处理逻辑，解析系统的后台数据，包括用户 信息数据、图形组态信息数据和现场实时数据信息， 并把这些信息生成相应的Java对象返回客户端。
数据层是三层模式中的最底层，用来定义、维 护、访问和更新数据，并管理和满足应用服务对数据 的请求。
3.2 专家系统及故障推理算法 （1）专家系统 专家系统是故障诊断系统的核心，故障诊断专家
系统结构如图3所示：
图3 故障诊断专家系统结构
图2 监控中心软件B/S结构
客户层主要是人机操作界面，接收用户的操作请 求，并将结果以友好的界面呈现给用户。Web浏览器
诊断中心层是设备/系统提供商部分，这两部分之间通
供应商处获得最新的诊断方法和诊断技术，提高对新
过互联网连接。
型故障的防范能力和应对能力，从而降低故障率，提 高故障诊断水平；
（2）设备供应商能通过Internet为生产企业提供 远程咨询、远程诊断和维修服务，大大节约成本，同 时提高了服务质量和服务水平；
站的数据传
输到监控中
心层的通信
服务器。
远程诊
断中心层是
系统提供商
部分，主要
包括诊断服
务器、数据
分பைடு நூலகம்服务
器、Web服
务器等网络
设备。通过
图1 远程故障诊断系统拓扑结构
互联网与用
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户部分的监控中心层连接，从监控中心层的服务器取 回数据，实现趋势对比、历史流程回放等分析功能。 在远程诊断中心，决策者可以通过IE浏览到各种数 据，如实时曲线、历史曲线、报表、报警等信息，通 过这些信息决策者可以对远程监测端站的工作状态信 息进行分析和诊断。
式系统，包括中央处理单元CPU、电源处理单元、通 信单元、数据处理单元、I/O接口单元、数据存储单 元、日历时钟单元、看门狗、控制逻辑单元、状态指 示单元、故障诊断单元等。通信单元采用Internet或 2G/3G/4G等通信方式。软件采用模块化设计，主要 包括数据采集、设备控制、数据存储、数据处理、时 钟、数据通信、中断、故障诊断等模块。
象，则启动专家系统，通过故障诊断功能提供故障解 决方案。
现场层即远程监控终端站，主要包括通信、故障 信息的数据采集、数据处理等，数据采集包括监测设 备的电压、电流、温度、压力、流量，以及监测端站 的用电状态、通信状态、报警状态、输入输出接口状 态、传感器工作状态等信息。它完成远程监测端站数 据的采集功能，周期性或实时采集远程监测端站数 据，通信采用2G/3G/4G无线公网或互联网将监测端
点检情况反馈是指监控系统管理人员根据日常点 检情况输入的设备状态信息，包括设备的运行环境及 设备的故障发生情况、故障发生的频率等，以这些数 据作为系统的基础数据，输入到专家系统知识库，通 过推理机形成新的算法。
专家经验知识、点检情况反馈和在线监测报警 信息是图3所示专家系统知识库中的重要知识来源， 同时故障诊断结果和维修计划管理系统产生的维修计 划都要反馈回知识库，以便完成知识库的动态更新。 专家知识库需要经常更新，如有新的数据及新的故障 模型，远程诊断中心则远程升级专家系统的专家知识 库，通过推理机形成新的算法。
（3）科研单位能通过Internet从生产企业现场获 取设备运行的原始资料和企业的真实需求，为进一步 完善产品提供了依据，这不仅提高了理论研究能力， 同时还促进了理论与实践的结合。
监控中心层主要包括通信服务器、数据库服务 器、Web服务器和诊断服务器等网络设备。现场层的 数据送到通信服务器，再送入监控中心应用软件的界 面显示。数据库服务器作为数据存取平台，生成历史 数据，形成数据分析、报表等。Web服务器提供网上 信息浏览。监控中心软件通过监控中心的采集点（操 作日志、运行日志以及报警记录、通信失败记录、监 控终端的在线状态记录等）获取监控终端和监控中心 的运行数据，根据这些运行数据实时分析，判断监控 系统有无异常发生，是否有潜在的故障；若有异常现
(GCI Science & Technology Co., Ltd., Guangzhou 510310, China)
[Abstract] [Key words]
With the development of Internet of things(IOT), cloud computing, mobile communication, the realization of remote fault diagnosis has a solid technical foundation. Remote fault diagnosis method of IOT monitoring system is discussed, the network structure of remote fault monitoring and fault diagnosis is designed, and the composition of network structure is described in detail. Through IOT technology, the traditional system is made as a remote and network monitoring system, so that it has important significance and practical application value for improving repair ability and reducing failure rate. IOT monitoring system fault monitoring remote fault diagnosis
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科研单位、设备供应商与生产企业更紧密地结合在一
从拓扑结构可以看出该系统由三层组成，即现场
起，实现最大程度的资源共享，具体体现在以下三个
层、监控中心层和远程诊断中心层。系统的现场层和
方面：
监控中心层是用户部分（即生产企业），系统的远程
（1）生产企业能通过Internet从科研单位和设备
法，即当有多条规则匹配时，按设备外部到内部诊断 规则，置信度从大到小的顺序依次选取。当规则置信 度相等时，推理机将按照其在规则库中存放的先后顺 序依次选取。但当有明显的感官、直观现象时，存在 感官和直观现象的规则优先级别最高，其次是从设备 外部到内部诊断规则和规则置信度从大到小的选取原 则。
3.3 现场监测终端站 现场监测终端站安装于工业现场，它是一个嵌入
现场监测终端站是故障诊断系统的基础，为了实 现远程故障诊断，在监控系统日常运行时，首先要采 集和记录仪表、设备、执行机构等运行过程中的状态 信息，这些信息按照预定的格式经过处理存储在本地 数据库中。其次，需要实现对仪表、设备、执行机构 的控制功能，通过控制指令完成对仪表、设备、执行 机构的控制、参数修正。
专家系统一般由专家系统知识库、故障诊断系 统、推理机、故障结论及维修建议等部分组成。
1）专家系统知识库：用于存取和管理所获取的专 家知识和经验、点检情况反馈、在线监测报警信息，
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供推理机利用，具有存储、检索、编辑、增删和修改 等功能。
专家经验知识是指领域专家的经验知识，最主要 的部分是故障模型，即每类设备的功能、功能对应的 故障现象、每类故障现象对应的故障模式、每类模式 对应的维修办法等。这些数据作为系统的基础数据， 输入到专家系统知识库，通过推理机形成新的算法。
3 远程故障监测与诊断的实现
当监控系统或现场设备出现故障时，监控中心服 务器根据专家系统提供诊断服务，现场监测终端站接 收服务器发出的指令，协助诊断故障。当监控中心不 能处理故障时，监控中心将请求远程诊断服务，在本 地与远程诊断系统建立连接后，远程诊断系统通过人 机界面与诊断专家交互，诊断专家根据需要获取本地 设备的实时信息和历史信息，借助专家系统的分析和 推理后将故障判断反馈给本地系统。
1 引言
快速发展的物联网技术不仅可以优化企业的生产 过程，而且将使企业的管理模式、故障诊断模式发生 重大改变。物联网结合先进的工艺、管理及故障诊断 等多项技术，以实现企业的优化运行、优化控制和优 化管理。
监控系统是以计算机为基础的生产过程控制与自
收稿日期：2013-11-15 责任编辑：李帅 lishuai@mbcom.cn
2）故障诊断系统、推理机：利用知识进行推理， 求解故障问题，具有启发推理、算法推理、正向/反向/ 双向推理等功能。
3）故障结论及维修建议：作为专家系统与用户之 间的“人-机”接口，其功能是向用户说明故障的解决 方法。
（2）故障推理算法 采用模糊推理算法确定各故障模式的可信度，从 故障现象或故障子模块的目标出发，采取一定的搜索 策略和冲突消解策略，在知识库中找出可能满足条件 的所有故障模型，根据相应的知识向用户提问，将用 户的回答与知识库进行模糊匹配，根据置信度传递算 法，计算目标的置信度。当满足时，继续向下一层搜 索，否则回溯，如此反复，直到找出故障原因。查到 故障原因后，推理机根据用户选择，继续查找其它故 障原因，直到系统故障被排除。 故障诊断推理算法搜索策略采用启发式深度优 先搜索方法及回溯方法。该算法中冲突消解策略采取 从设备外部到内部诊断规则和置信度相结合的优选
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1006-1010(2014)-02-0080-05
Design and Application of Remote Monitoring Fault Diagnosis System of Internet of Things
FU Ren-xuan, SHI An-wei
2 远程故障监测与故障诊断结构设计
远程故障监测与故障诊断系统在监控中心设置 故障诊断服务器，在设备的关键位置上建立状态监测 点，通过在监测点上安装的传感器获取设备的实时工 作状态信息，现场监控端站实时采集这些工作状态信 息，在设备提供商/系统提供商建立远程分析诊断中 心，为监控系统/设备提供远程技术支持和保障。远程 故障诊断系统拓扑结构如图1所示：