远程设备

能实现远程技术的电子设备

远程设备即指能通过Internet接入网络等方式，利用无线或电信号进行远程控制、远程操作的电子设备，它主要应用在远程监控、远程服务、远程诊断等方面上。

设备简介

远程设备即指能通过Internet接入网络等方式，利用无线或电信号进行远程控制、远程操作的电子设备，它主要应用在远程设备监控、远程设备服务、远程设备诊断与维护等方面上。下面分别从这三个方面对远程设备进行介绍。

远程设备监控

研究背景

计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象(生产过程)共同构成的整体。在监控系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。随着生产力的进步，设备的分布得越来越复杂化，设备监控系统从单一的、各自独立的监测系统发展到分布式系统。这种系统以计算机网络为基础，使系统资源分配趋于合理。但是一方面由于目前运行的绝大多数分布式监测系统还只是在局域网上，具有一定的地域局限性：另一方面个厂家通信协议互不开放，无法形成统一形成大范围的监控系统。

在Intenet上，地域上的差别几乎被消除了，Intenet在人们之间、企业之间架起一座桥梁，使信息的流量空前提高。Intenet最大的贡献就是资源共享，它能互通有无，从而使人们有能力解决以前在极有限的资源下很难解决的问题，为远程监控系统的发展提供了有利的条件。于是将设备监控与Intenet的连接无疑将给设备监控带来翻天覆地的变化。

系统目标

1、该系统为无人监控系统，对整个厂区的设备进行自动化监控；

2、记录每台设备的用电量，有效地将生产效益同用电量进行挂钩，实现最大投入产出比；

3、记录设备的运行时间，可以实时提醒设备检修、更换等，有效地延长了设备的使用寿命；

4、记录有功功率、无功功率、功率因素等，供实现功率补偿等作参考，增加电量利用效率；

5、记录实时电流、电压，可用于检测电量利用率等；

6、整个查询系统对Intenet开放。

系统构成

1基于总线的最小系统

基于总线系统的物理拓扑结构如图1所示，我们称之为C/S+B/S结构，即客户端(或者浏览器)+服务器+控制端。

底层控制端采用简单成熟稳定的485总线，对传感器数据进行采集，并上传到服务器的数据库上。传感器采用三相四线制多功能电表和有功电表。与电表通讯采用RS485，波特率1200bps/s，半双工，RS485通讯线路与表内电路隔离，通讯距离为1200m，电气参数符合DL/T645-97标准。

客户端有两种连入服务器的方式，方式1采用应用程序的方式直接与服务器建立TCP/IP连接；方式2首先通过wEB服务器下载APPLET页面，由APPLET与服务器通讯，用户可以通过浏览器在任何地方下载APPLET页面，进行查询功能。

2特殊场合的无线网络解决方案

采用485总线，成本低廉，性能稳定，485总线传输距离可达1200米，波特率采用国标的1200bps，这在一般场合下已经可以满足用户要求，且一般而言越简单的系统在实际中应用则越稳定，我们系统在大发公司运行稳定，已经满足了项目的要求。但485总线有布线要求，可能某些场合不能满足特殊用户的需要。为了使该系统具有通用性，同时设计了无线网络通讯，专门用于解决不能布线的特殊场合。无线网络方案如图2所示。

采用一主多从组网方式，以主机轮询从机的方式进行通讯，这样就可以避免复杂的冲突检测避免机制，同时满足了工场的要求。

3基于ARM控制器的以太网解决方案

无论是485总线，还是无线网络，区之间，或者是数据量很大的情况下，都有距离和带宽的限制。如果在几个厂采用485总线效果非常不好。而无论从普及率、带宽、技术的成熟度或资料的充分性考虑，工业以太网都是上上之选。当然，如果采用多个服务器，在服务器之间资源共享，技术上是完全可行的，但是服务器的成本太高，一台工业控制计算机成本至少6000，不利于大面积使用。采用现在非常成熟的ARM控制器，一方面ARM可以实现我们的功能，成本低廉，实现起来非常方便。其框架如图3所示。

远程设备服务

当前,一种强调服务质量的鲁棒工程,正在成为21世纪制造企业赢得全球竞争的基本战略,它要求制造企业加强对“服务”问题的研究,也就是在数字化制造技术迅速发展的同时,将数字化服务无缝地集成到企业的设计和制造环境中。随着全球化制造企业的迅速发展,为保持处于异地制造系统的生产率,满足异地客户对产品的要求,远程服务就成为企业至关重要的问题。计算机技术、通信技术、网络技术、可视化技术、分布处理技术和高性能数据库技术等现代信息技术的迅猛发展,为企业间制造资源的共享和技术资源的互补提供了强大的技术支撑,也为远程制造服务系统的实现奠定了坚实的基础。

为更好地实现制造和技术资源的远程共享和客户化定制,建立基于Internet的远程设备服务网,将分散在不同地域的企业客户和服务商有机地连成一体,为各企业客户提供快捷、便利和可靠的高水平远程设备服务,从而帮助企业达到快速响应市场和降低生产成本的双重目标。

功能体系结构

远程设备服务网是通过设备服务中心的集成化应用服务,将企业客户和服务商联系在一起而组成的网络体系。它主要为入网企业客户提供以下服务:当某企业有服务请求时,服务中心能为客户提供一种寻找最合适的服务商来承接设备制造和服务的机制。其功能体系结构模型如图4所示。

工作流程

具体实现方法是通过在服务中心注册一批具有特定能力的服务商信息,并根据企业客户的需求、潜在服务商的设备制造能力、以往设备的使用情况、人员的配置情况,以及目前各服务商制造任务的饱满情况,迅速地为企业客户寻找到若干个能满足其要求的设备服务商。然后,通过服务中心提供的评价机制帮助企业客户选择出最佳设备服务商,客户通过服务中心与服务商采用视频会议、电子白板或Net Meeting等形式,进行初步讨论,确定设备的完成时间以及费用等,经双方确认,并在线签订电子合同后,分配给该企业客户唯一的设备编号和密钥。但是,如果双方无法达成一致,客户还可以从服务中心提供的其他合适的服务商中再进行选择,直至双方签订合同为止。服务商及时将定制设备的制造进度情况的信息提交到服务中心,以供远程授权合同客户进行进度查询。客户还可以在设备制造过程中和服务商进行在线交流、意见反馈和建议。设备制造完成后,客户可以享受新产品的安装调试、技术咨询与培训、设备故障诊断与维修以及备品供应等整个设备生命周期的服务。

远程设备诊断

设备故障不仅会导致生产的损失,还可能造成人员的伤害。因此,设备的状态监测十分重要。如今,基于振动的监测已经变得非常流行。因为设备的运行状态被连续监测,使得设备的任何异常情况可以被及时检测出来。

随着新的智能传感器IEEE1451.2标准的建立,将来的传感器将具有以太网集成和自动Web连接集成的特性。传感器制造商,如惠普和Bruel&Kjaer公司已经宣布他们的下一代传感器将支持上述标准和特性。因此,基于Web的维护已经不是一个将来的概念。

远程智能故障诊断

基于Web的交互式诊断平台的建立使来自远端的技术人员能够进行交互式诊断,如图5所示。建立这样的专家平台,需要提供一个多任务、多用户的操作平台,以及一个高速的、易管理维护的Web数据库存储统计信息和知识经验。

系统可以通过基于Web的交互式诊断平台从专家处收集知识和规则,自动将它们更新到知识库中。用户或操作员可以从浏览器中选择相关故障的征兆,然后将它们上传至服务器的知识库中。系统会自动将已选择的征兆与知识库中的规则匹配,然后给出结论,同时将诊断结果通过Internet返回到用户浏览器。如果有故障发生,用户则根据结果进行相应的维修。

基于Java的故障诊断虚拟仪器

根据虚拟仪器(VI)的概念,随着PC主频速度的提高,使得采用较高性价比的信号处理与分析包代替昂贵的硬件仪器成为可能。基于软件的虚拟仪器价格是硬件仪器的1/10。针对基于Web的设备故障诊断系统,建立了一套基于振动的虚拟分析仪,具有快速傅里叶变换(FFT)和小波变换(WAVELET)功能。该虚拟分析仪采用功能强大的网络语言Java进行开发,它被认为最适合开发BrowserApplets。虚拟分析仪器可以同时显示来自两个数据通道的不同采样频率和采样点数的信号,同时可以转换功率谱、倒谱、有效值、均值、谱缩放的数据等,也可以进行谱比较、相位测量、小波分析、统计分析和时域指标测量。目前,还没有任何一种硬件分析仪器同时具有这么多功能,并且既可以进行FFT分析,又可以进行小波分析。因为虚拟分析仪的多功能,容易实现和升级,受到了企业的欢迎。

虚拟分析仪器可以实时地采集来自被监测机器的振动、噪声信号,检测故障信号。通常要对许多不同的设备进行监测,而每一设备可能需要不同的方法进行信号分析和故障诊断,因此需要不同的VI接口。每一种VI具有一个Java信号处理库、一组函数和控制、数据存储与更新以及许多相关的分析。但是不可能在所有的本地计算机上存储所有的VI库,因为这样需要的投资很大而且很难为安装在每台本地计算机上的每一个VI软件升级。借助Internet,只需要在服务器上为每一种VI存储一个拷贝,维护就变得简单了。然而Internet是一个庞大的工作环境,如果许多操作人员和专家同时都在用一种VI软件,就可能会造成Web服务器超负荷运行。为了避免服务器的超负荷,可以在用户提出请求时,将存储在服务器上的用户请求的VI程序传输给远端的本地计算机。这个VI程序的临时版本将运行在用户本地计算机上并执行相应的分析任务。一旦任务完成,这个临时VI版本会自动卸载并删除。如果用户想要将分析结果展示出来,那么服务器会在Internet上运行所要求VI的通用版本,并可共享。这样就实现了VI的本地计算机任务与服务器通用版本的分离,解决了Web服务器的超负荷和流量问题。

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