NI若干技術(shù)在設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷中的應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2009-07-22 08:13:02 來源：廠商

1．介紹
網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器可以為遠(yuǎn)程故障診斷提供形象生動的現(xiàn)場資源，增強(qiáng)臨場感。CSCW技術(shù)可以支持多個專家在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)協(xié)同診斷，充分體現(xiàn)遠(yuǎn)程會診的思想。本文分別采用NI的LabVIEW /G Web Server技術(shù)和DataSocket技術(shù)實現(xiàn)診斷對象的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控；并基于Data Socket技術(shù)開發(fā)一個多功能的CSCW遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷平臺。
2．虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化
2．1概述
虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化是指將工作于試驗現(xiàn)場的虛擬儀器通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到遠(yuǎn)程應(yīng)用領(lǐng)域。
作為虛擬儀器領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，NI公司在虛擬儀器領(lǐng)域取得了豐碩成果。隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，NI更是全力出擊，分別以DataSocket技術(shù)、RDA技術(shù)、OPC技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)了能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的多種軟件平臺和工具，如Internet Developes Toolkit（簡稱IDT）、Lookout等。
IDT是NI的面向G語言應(yīng)用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)工具包。IDT提供了G環(huán)境下的虛擬儀器與Internet連接的手段，從而實現(xiàn)在Internet上存取數(shù)據(jù)或?qū)⑻摂M儀器的前面板（Front Panel）發(fā)布到Internet上。它包括4種組件：FTP VIs、SMTP VIs、TELNET VIs、URL VIs，另外包括一個內(nèi)置的Web服務(wù)器G Web Server。其中，G Web Server可以提供遠(yuǎn)程用戶基于瀏覽器訪問虛擬儀器面板的功能。IDT的工作方式為LabVIEW的虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化提供了便捷的通道。它的好處有：不需開發(fā)專門的客戶端軟件；開放性好，無需分發(fā)客戶端軟件，用戶可隨時加入；服務(wù)器端不需編寫專門的網(wǎng)關(guān)處理程序，可以直接用該工具包提供的VI實現(xiàn)；原有的LabVIEW應(yīng)用可以輕松地提升到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；通過FTP、SMTP自動傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)和信息，便于在遠(yuǎn)程進(jìn)一步分析。
2．2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成
對于發(fā)生故障進(jìn)行維修，或定期大修的發(fā)動機(jī)，一般需要上臺架試車，而試車場地一般處于比較偏遠(yuǎn)的山區(qū)或曠野。這時就可以借助于遠(yuǎn)程虛擬儀器技術(shù)，將試車現(xiàn)場虛擬儀器的前面板通過G Web Server在Internet上發(fā)布，可以滿足身處異地的專家同行們進(jìn)行評價和診斷，其實際意義是明顯的。
本文以某小型無人機(jī)的動力裝置試車臺為例，實現(xiàn)試車臺的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)視。該小型動力裝置是航模、無人駕駛偵察機(jī)和耙機(jī)等飛行器經(jīng)常采用的一種帶螺旋槳的活塞式動力裝置。測試系統(tǒng)由試驗臺架、信號調(diào)理控制器、計算機(jī)等組成。計算機(jī)采用奔騰III工業(yè)控制計算機(jī)，配置了一塊NI公司的多功能數(shù)據(jù)采集卡Lab- PC-1200。這里利用5個AD通道采集缸頭溫度、排氣溫度、推力、扭矩和油門桿位置給定信號，利用定時計數(shù)器測量轉(zhuǎn)速信號。設(shè)計了信號調(diào)理與控制器，用于向傳感器提供激勵電源，對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行濾波放大，給風(fēng)門的舵機(jī)提供脈寬調(diào)制信號以便控制舵機(jī)位置，并提供2個開關(guān)實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的停車控制。

NI若干技術(shù)在設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷中的應(yīng)用
The Application of several NI technologies used in remote fault diagnosis of devices
作者：張?zhí)旌?BR>職務(wù)：教師
單位：南京航空航天大學(xué)能源與動力學(xué)院，南京，210016

應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)自動化
挑戰(zhàn)：將診斷設(shè)備現(xiàn)場的監(jiān)測儀表延伸到Internet上，并提供基于CSCW的協(xié)同診斷工作環(huán)境。
應(yīng)用方案：采用NI的LabVIEW、Internet Developes Toolkit、ComponentWorks分別實現(xiàn)了虛擬儀器的遠(yuǎn)程應(yīng)用、CSCW的協(xié)同診斷工作環(huán)境，為設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷提供了強(qiáng)有力的手段。
使用產(chǎn)品：LabVIEW、Internet Developes Toolkit、ComponentWorks

圖1 試車臺的遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

本文研究目的是通過遠(yuǎn)程虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)對試車臺遠(yuǎn)程監(jiān)控。除了在試驗現(xiàn)場一端具備虛擬儀器測試條件，還需要網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持。圖1是試車臺遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
2．3基于G Web Server的實現(xiàn)
2.3.1在LabVIEW下設(shè)計虛擬儀器
在LabVIEW的虛擬儀器面板中，將輸入和輸出的控制放置于不同顏色的矩形塊上，用不同的儀器來顯示溫度、耗油率、推力等值。面板的左邊放置用戶的本地操作，右邊用于顯示被測參數(shù)。在瀏覽器中，用戶可獲取系統(tǒng)設(shè)置和當(dāng)前的運行狀態(tài)。這里更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工作狀態(tài)的共享。
2.3.2在G Web Server上發(fā)布
利用G Web Server并結(jié)合LabWIEW環(huán)境下IDT工具包的CGI VIs和CGI Animations編程工具，可在瀏覽器中實現(xiàn)啟動、停止、參數(shù)傳遞、密碼保護(hù)等用戶交互功能，以靜態(tài)圖像（snap）或動態(tài)圖像(monitor)顯示所發(fā)布的VI，對試驗對象進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。這里用LabVIEW的Html Document Builder自動生成Html文檔。將該文檔發(fā)布到G Web Server上，使用瀏覽器訪問文檔時啟動該測控系統(tǒng)，以實施遠(yuǎn)程監(jiān)控，使不同地域的技術(shù)人員共同監(jiān)視試驗過程。圖2為系統(tǒng)工作于遠(yuǎn)程監(jiān)控狀態(tài)時的界面。

2.3.3系統(tǒng)分析
基于該系統(tǒng)，我們對40F發(fā)動機(jī)進(jìn)行了試驗，系統(tǒng)在實際運行中工作得比較理想。由于在本地局域網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)到幾百K字節(jié)每秒，可以將刷新速率提高，從而可取得較好的運行效果。當(dāng)然，這里所設(shè)計的虛擬儀器面板有些簡單，實際上可結(jié)合CGI編程、FTP VIs等，設(shè)計出功能更加完備的遠(yuǎn)程虛擬儀器系統(tǒng)。
但是，基于G Web Server實現(xiàn)的遠(yuǎn)程虛擬儀器是通過傳輸圖像來實現(xiàn)的，這樣勢必會消耗大量的網(wǎng)絡(luò)資源，實時性差，而在Internet上因為受到網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，這種缺點將更明顯。此外，盡管基于G Web Server可以通過 CGI編程實現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬儀器的操縱，但開發(fā)起來不太方便，功能也不夠靈活。
一種解決方法是，在客戶端的瀏覽器上運行某種插件，如ActiveX或Java的Applet，利用網(wǎng)上傳輸過來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)重現(xiàn)現(xiàn)場的虛擬儀器。這樣速度快，更具有臨場真實感。當(dāng)然，如果直接通過網(wǎng)絡(luò)編程，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程用戶一端用虛擬儀器界面再現(xiàn)，即在網(wǎng)絡(luò)上僅傳輸數(shù)據(jù)，這種解決問題的方法是最徹底的。但是這種方法將需要大量的網(wǎng)絡(luò)編程工作量。為此，本文采用NI的DataSocket技術(shù)解決網(wǎng)絡(luò)編程問題。
2．4基于DataSocket 的實現(xiàn)

2．4．1 DataSocket的技術(shù)原理
關(guān)于網(wǎng)絡(luò)編程，我們已習(xí)慣于采用TCP/IP編程接口、DDE等技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享，但它們使用起來并不方便，開發(fā)效率不高，于是日益廣泛和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用勢必需要大量的編程工作量。DataSocket是NI公司提供的一種基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程新技術(shù)，它支持本地文件I/O操作、FTP和HTTP文件傳輸、實時數(shù)據(jù)共享，并提供統(tǒng)一的API編程接口。從數(shù)據(jù)共享的角度，它是對WinSock的高級封裝，因此具有使用方便、編程工作量少、不需了解底層操作過程等優(yōu)點，特別適合于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享等應(yīng)用程序的開發(fā)。
DataSocket包括兩部分：即DataSocket API和DataSocket Server。前者提供統(tǒng)一的編程接口，作為客戶，可以在多種編程環(huán)境下與多種數(shù)據(jù)類型通信。NI分別提供了DataSocket的ActiveX控件、Labwindows /CVI C庫、一系列的LabVIEW的VIs，所以可以在任何編程環(huán)境下使用。本文使用Component Works中提供的ActiveX控件。后者是一種輕量級的、獨立的服務(wù)器組件，通過該服務(wù)器，使用DataSocket API程序可以發(fā)布、并以很高的速度廣播實時數(shù)據(jù)到多個遠(yuǎn)程客戶。
2．4．2將DataSocket集成到Web應(yīng)用中
由于瀏覽器技術(shù)的發(fā)展，使得在瀏覽器中運行插件（如Java小程序Applet、ActiveX控件或文檔）成為可能。基于這種思路，我們將DataSocket ActiveX控件進(jìn)一步封裝，實現(xiàn)具有一定功能的AcitveX控件（聚合控件）并集成到Web頁面上，同時將現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)布到DataSocket Server上。這樣，用戶通過在瀏覽器上訪問該Web頁面即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

本文采用DataSocket ActiveX控件和VB6.0開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的Web應(yīng)用。具備的條件是：Compentworks的DataSocket控件和UserInterface控件；VB6.0專業(yè)版；IE4.0。圖3是試車臺遠(yuǎn)程監(jiān)控用聚合控件的界面。
3．遠(yuǎn)程故障診斷的CSCW環(huán)境
3．1 CSCW與遠(yuǎn)程故障診斷
所謂CSCW，即"計算機(jī)支持的協(xié)同工作"（Computer Supported Cooperative Work），是研究用計算機(jī)系統(tǒng)支持人們進(jìn)行協(xié)同工作的技術(shù)，具體地說就是研究如何利用計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，支持工作群體成員在共享環(huán)境下的協(xié)同工作、交互協(xié)商、分工合作，共同完成特定任務(wù)。
遠(yuǎn)程故障診斷的一種重要工作形式就是，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持下，由多個領(lǐng)域?qū)＜?，在不同的地域相同的時間，對一個指定的疑難故障現(xiàn)象進(jìn)行協(xié)同會診。因此，這種工作方式需要CSCW環(huán)境的支持。
遠(yuǎn)程故障診斷的CSCW環(huán)境與一般的CSCW系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似。該環(huán)境應(yīng)具有如下功能：多種共享交互功能（文字、圖片、語音、視頻等多媒體交互）；會議召集、主持、總集；提供診斷設(shè)備現(xiàn)場的診斷信息資源；登記、管理、維護(hù)功能等。
基于Web的CSCW系統(tǒng)綜合利用現(xiàn)代動態(tài)Web開發(fā)的多種技術(shù)，可以滿足遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的一般要求，但在共享工作空間、協(xié)同設(shè)計方面功能較弱，這主要是因為受到瀏覽器應(yīng)用環(huán)境的限制。所以本文研究了基于NI的DataSocket技術(shù)實現(xiàn)CSCW的共享工作空間。
3．2基于DataSocket技術(shù)的實現(xiàn)
設(shè)計思想是，用DataSocket控件本身固有的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽瑢崿F(xiàn)文字、圖片、語音等數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程傳輸，并將多種傳輸功能融入CSCW應(yīng)用中。為了達(dá)到應(yīng)用共享的目的，采用截獲系統(tǒng)中的輸入設(shè)備事件協(xié)議流和窗口事件協(xié)議流的方法，在數(shù)據(jù)發(fā)送端首先形成具有一定規(guī)律的數(shù)據(jù)流，再用DataSocket控件的寫操作把這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻ataSocket服務(wù)器端，在各個客戶端，用讀操作從服務(wù)器端獲取數(shù)據(jù)流，然后對數(shù)據(jù)流進(jìn)行解析，恢復(fù)為原始信息并在客戶端形成響應(yīng)。這樣就實現(xiàn)了協(xié)同工作的基本流程。
基于DataSocket實現(xiàn)的CSCW用戶界面如圖4所示，參與協(xié)同診斷的用戶都需要運行特別設(shè)計的CSCW程序，并需要一個DataSocket Server提供信息中轉(zhuǎn)。

4．結(jié)論
為了實現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷，本文采用NI的LabVIEW、Internet Tool Kit、ComponentWorks分別實現(xiàn)了虛擬儀器的遠(yuǎn)程應(yīng)用、CSCW的協(xié)同診斷工作環(huán)境。基于Internet Toolkit實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的特點是圖像快照傳輸，它具有實現(xiàn)便捷、不需開發(fā)專門的客戶端程序，但速度慢，臨場感不強(qiáng)。基于DataSocket技術(shù)，將虛擬儀器的界面封裝為可以在瀏覽器中運行的ActiveX插件，在網(wǎng)絡(luò)上只需傳輸數(shù)據(jù)，從而在客戶端實現(xiàn)了真正的虛擬儀器，臨場感更強(qiáng)，這是將來的發(fā)展方向?；贒ataSocket技術(shù)實現(xiàn)的CSCW平臺具有靈活性好功能強(qiáng)的特點，可以實現(xiàn)文件、圖片、語音、視頻和數(shù)據(jù)的傳輸，并可以實現(xiàn)共同操作和批注功能。
需要說明的是，NI產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)支持方面不斷進(jìn)步，如新版的LabVIEW和Lookout均具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能。新的工具將為設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷提供更有效的技術(shù)支持。