NI技术在设备远程故障诊断中的应用

NI技术在设备远程故障诊断中的应用1.介绍网络化的虚拟仪器可以为远程故障诊断提供形象生动的现场资源，增强临场感。CSCW技术可以支持多个专家在网络环境下实现协同诊断，充分体现远程会诊的思想。本文分别采用NI的LabVIEWGWebServer技术和DataSocket技术实现诊断对象的远程状态监控；并基于DataSocket技术开发一个多功能的CSCW远程协同故障诊断平台。2.虚拟仪器网络化2.1概述虚拟仪器网络化是指将工作于试验现场的虚拟仪器通过网络扩展到远程应用领域。作为虚拟仪器领域的领头羊，NI公司在虚拟仪器领域取得了丰硕成果。随着Internet技术的飞速发展，NI更是全力出击，分别以DataSocket技术、RDA技术、OPC技术为基础开发了能够实现远程监控的多种软件平台和工具，如InternetDevelopersToolkit（简称IDT）、Lookout等。IDT是NI的面向G语言应用环境的网络应用开发工具包。IDT提供了G环境下的虚拟仪器与Internet连接的手段，从而实现在Internet上存取数据或将虚拟仪器的前面板（FrontPanel）发布到Internet上。它包括4种组件：FTPVIs、SMTPVIs、TELNETVIs、URLVIs，另外包括一个内置的Web服务器GWebServer。其中，GWebServer可以提供远程用户基于浏览器访问虚拟仪器面板的功能。IDT的工作方式为LabVIEW的虚拟仪器网络化提供了便捷的通道。它的好处有：不需开发专门的客户端软件；开放性好，无需分发客户端软件，用户可随时加入；服务器端不需编写专门的网关处理程序，可以直接用该工具包提供的VI实现；原有的LabVIEW应用可以轻松地提升到网络环境；通过FTP、SMTP自动传输现场数据和信息，便于在远程进一步分析。2.2远程监控系统的组成对于发生故障进行维修，或定期大修的发动机，一般需要上台架试车，而试车场地一般处于比较偏远的山区或旷野。这时就可以借助于远程虚拟仪器技术，将试车现场虚拟仪器的前面板通过GWebServer在Internet上发布，可以满足身处异地的专家同行们进行评价和诊断，其实际意义是明显的。本文以某小型无人机的动力装置试车台为例，实现试车台的远程状态监视。该小型动力装置是航模、无人驾驶侦察机和耙机等飞行器经常采用的一种带螺旋桨的活塞式动力装置。测试系统由试验台架、信号调理控制器、计算机等组成。计算机采用奔腾III工业控制计算机，配置了一块NI公司的多功能数据采集卡Lab-PC-1200。这里利用5个AD通道采集缸头温度、排气温度、推力、扭矩和油门杆位置给定信号，利用定时计数器测量转速信号。设计了信号调理与控制器，用于向传感器提供激励电源，对传感器输出的微弱信号进行滤波放大，给风门的舵机提供脉宽调制信号以便控制舵机位置，并提供2个开关实现发动机的停车控制。本文研究目的是通过远程虚拟仪器技术实现对试车台远程监控。除了在试验现场一端具备虚拟仪器测试条件，还需要网络环境的支持。图1是试车台远程监控系统网络环境。2.3基于GWebServer的实现3.3.1在LabVIEW下设计虚拟仪器在LabVIEW的虚拟仪器面板中，将输入和输出的控制放置于不同颜色的矩形块上，用不同的仪器来显示温度、耗油率、推力等值。面板的左边放置用户的本地操作，右边用于显示被测参数。在浏览器中，用户可获取系统设置和当前的运行状态。这里更强调系统工作状态的共享。2.3.2在GWebServer上发布利用GWebServer并结合LabWIEW环境下IDT工具包的CGIVIs和CGIAnimations编程工具，可在浏览器中实现启动、停止、参数传递、密码保护等用户交互功能，以静态图像（snap）或动态图像(monitor)显示所发布的VI，对试验对象进行远程监控。这里用LabVIEW的HtmlDocumentBuilder自动生成Html文档。将该文档发布到GWebServer上，使用浏览器访问文档时启动该测控系统，以实施远程监控，使不同地域的技术人员共同监视试验过程。图2为系统工作于远程监控状态时的界面。2.3.3系统分析基于该系统，我们对40F发动机进行了试验，系统在实际运行中工作得比较理想。由于在本地局域网上数据传输速率能达到几百K字节每秒，可以将刷新速率提高，从而可取得较好的运行效果。当然，这里所设计的虚拟仪器面板有些简单，实际上可结合CGI编程、FTPVIs等，设计出功能更加完备的远程虚拟仪器系统。但是，基于GWebServer实现的远程虚拟仪器是通过传输图像来实现的，这样势必会消耗大量的网络资源，实时性差，而在Internet上因为受到网络带宽的限制，这种缺点将更明显。此外，尽管基于GWebServer可以通过CGI编程实现远程虚拟仪器的操纵，但开发起来不太方便，功能也不够灵活。一种解决方法是，在客户端的浏览器上运行某种插件，如ActiveX或Java的Applet，利用网上传输过来的现场数据重现现场的虚拟仪器。这样速度快，更具有临场真实感。当然，如果直接通过网络编程，将现场采集的数据在远程用户一端用虚拟仪器界面再现，即在网络上仅传输数据，这种解决问题的方法是最彻底的。但是这种方法将需要大量的网络编程工作量。为此，本文采用NI的DataSocket技术解决网络编程问题。2．4基于DataSocket的实现2．4．1DataSocket的技术原理关于网络编程，我们已习惯于采用TCP/IP编程接口、DDE等技术实现网络环境下的数据共享，但它们使用起来并不方便，开发效率不高，于是日益广泛和复杂的网络应用势必需要大量的编程工作量。DataSocket是NI公司提供的一种基于TCP/IP协议的网络编程新技术，它支持本地文件I/O操作、FTP和HTTP文件传输、实时数据共享，并提供统一的API编程接口。从数据共享的角度，它是对WinSock的高级封装，因此具有使用方便、编程工作量少、不需了解底层操作过程等优点，特别适合于远程数据采集、监控和数据共享等应用程序的开发。DataSocket包括两部分：即DataSocketAPI和DataSocketServer。前者提供统一的编程接口，作为客户，可以在多种编程环境下与多种数据类型通信。NI分别提供了DataSocket的ActiveX控件、LabWindows/CVIC库、一系列的LabVIEW的VIs，所以可以在任何编程环境下使用。本文使用ComponentWorks中提供的ActiveX控件。后者是一种轻量级的、独立的服务器组件，通过该服务器，使用DataSocketAPI程序可以发布、并以很高的速度广播实时数据到多个远程客户。2．4．2将DataSocket集成到Web应用中由于浏览器技术的发展，使得在浏览器中运行插件（如Java小程序Applet、ActiveX控件或文档）成为可能。基于这种思路，我们将DataSocketActiveX控件进一步封装，实现具有一定功能的AcitveX控件（聚合控件）并集成到Web页面上，同时将现场数据发布到DataSocketServer上。这样，用户通过在浏览器上访问该Web页面即可实现远程监控。本文采用DataSocketActiveX控件和VB6.0开发环境实现了远程监控的Web应用。具备的条件是：Compentworks的DataSocket控件和UserInterface控件；VB6.0专业版；IE4.0。图3是试车台远程监控用聚合控件的界面。3.远程故障诊断的CSCW环境3．1CSCW与远程故障诊断所谓CSCW，即“计算机支持的协同工作”（ComputerSupportedCooperativeWork），是研究用计算机系统支持人们进行协同工作的技术，具体地说就是研究如何利用计算机技术、多媒体技术和网络通信技术，支持工作群体成员在共享环境下的协同工作、交互协商、分工合作，共同完成特定任务。远程故障诊断的一种重要工作形式就是，在计算机网络环境支持下，由多个领域专家，在不同的地域相同的时间，对一个指定的疑难故障现象进行协同会诊。因此，这种工作方式需要CSCW环境的支持。远程故障诊断的CSCW环境与一般的CSCW系统的结构相似。该环境应具有如下功能：多种共享交互功能（文字、图片、语音、视频等多媒体交互）；会议召集、主持、总集；提供诊断设备现场的诊断信息资源；登记、管理、维护功能等。基于Web的CSCW系统综合利用现代动态Web开发的多种技术，可以满足远程协同诊断的一般要求，但在共享工作空间、协同设计方面功能较弱，这主要是因为受到浏览器应用环境的限制。所以本文研究了基于NI的DataSocket技术实现CSCW的共享工作空间。3．2基于DataSocket技术的实现设计思想是，用DataSocket控件本身固有的远程数据传输的功能，实现文字、图片、语音等数据信息的远程传输，并将多种传输功能融入CSCW应用中。为了达到应用共享的目的，采用截获系统中的输入设备事件协议流和窗口事件协议流的方法，在数据发送端首先形成具有一定规律的数据流，再用DataSocket控件的写操作把这些数据传输到DataSocket服务器端，在各个客户端，用读操作从服务器端获取数据流，然后对数据流进行解析，恢复为原始信息并在客户端形成响应。这样就实现了协同工作的基本流程。基于DataSocket实现的CSCW用户界面如图4所示，参与协同诊断的用户都需要运行特别设计的CSCW程序，并需要一个DataSocketServer提供信息中转。4．结论为了实现设备远程故障诊断，本文采用NI的LabVIEW、InternetDevelopersToolKit、ComponentWorks分别实现了虚拟仪器的远程应用、CSCW的协同诊断工作环境。基于InternetToolkit实现远程监控的特点是图像快照传输，它具有实现便捷、不需开发专门的客户端程序，但速度慢，临场感不强。基于DataSocket技术，将虚拟仪器的界面封装为可以在浏览器中运行的ActiveX插件，在网络上只需传输数据，从而在客户端实现了真正的虚拟仪器，临场感更强，这是将来的发展方向。基于DataSocket技术实现的CSCW平台具有灵活性好功能强的特点，可以实现文件、图片、语音、视频和数据的传输，并可以实现共同操作和批注功能。需要说明的是，NI产品在网络支持方面不断进步，如新版的LabVIEW和Lookout均具有强大的网络应用功能。新的工具将为设备远程故障诊断提供更有效的技术支持。