基于互联网的远程故障诊断与维护的探讨
1 引言
随着计算机网络技术，现代控制技术，传感器技术的发展，远程故障诊断和维护技术可以在短时间内调动故障诊断和维护资源，实现对复杂系统快速、及时、正确诊断和维护。
本文首先简要介绍了基于互联网的远程故障诊断与维护系统的概念模型及功能模型作，并探讨了利用opc (ole for process control)和可扩展标记语言(extensible markup language, xml)技术，实现远程故障诊断与维护系统信息集成的关键技术，实例证明了这种技术实施的可行性和有效性。
2 基于internet的远程故障诊断与维护技术
基于internet的远程故障诊断和维护技术的基本思想是将internet与故障诊断技术相结合，联合设备和零配件供应商、专业维护中心和相关专家组建一个故障诊断与维护的动态联盟，提供快速有效的故障诊断和维护服务。
图1 基于internet远程故障诊断和维护系统总体结构
基于internet的远程故障诊断与维护技术对故障诊断分为三个层次：为客户层诊断，即当系统出现故障时，首先利用驻留在系统自身上的故障诊断系统进行故障诊断，依据诊断的结果进行维护；在无法确定其故障点或故障原因，则通过远程故障诊断信息服务单元的请求后，依靠中心现有的故障诊断与维护资源对设备出现的故障进行诊断。第三为联盟层会诊，当专业诊断失败后，由专业维护中心向有关成员发出故障会诊请求，调动入网的相关技术资源，进行故障诊断。
图1表示了基于internet的远程故障诊断和维护向导系统的总体结构。该系统驻留在专业维护中心的web服务器上，其功能模块包括；故障诊断模块、资源信息查询模块、维护工艺生成模块、维护向导模块等；客户端由数据采集处理单元、实时故障诊断单元、故障诊断专家系统和远程故障诊断信息服务单元组成。该系统正常运行的关键首先在于底层设备状态、故障信息的采集，其次是以互联网为载体的信息集成与利用。
3 opc技术与信息采集
现场总线技术使底层设备具有通信能力，并以底层设备为网络节点形成开放式数字通信网络。opc是opc基金会1996年推出的一套基于微软的ole/com标准接口协议，定义了一套应用于支持过程数据访问、报警、事件，以及过程历史数据访问等功能的com接口。opc采用客户/服务器的通信模式，其服务器功能是一方面负责与数据提供方(现场设备或数据库)的通信；另一方面将数据提供方提供的数据通过标准的opc接口供数据调用方调用。数据调用方充当了opc的客户方。标准接口保证了互操作性，使得所有支持opc的客户能够以一致的方式访问所有opc服务器。
图2 opcserver逻辑对象模型
opc服务器逻辑对象模型如图2所示，它包含三个核心对象：opcserver、opcgroup和opcitem。opcserver对象位于模型的顶层，它包含opcgroup对象的集合opcgroups，并创建了opcserver对象；opcgroup对象起到了状态信息维护的作用，并提供了一套信息获取服务的机制。通过这个对象，应用程序可以根据实际应用的需要重组现场数据，但不影响底层现场数据的组织。opcitems是opcgroup对象所包含的opcitem与控制设备的一个信号变量对应，它包括对象的定义，当前数值、状态信息和最后更新时间的记录等。
opc标准协议定义了自定义接口和自动化接口两套接口标准，opc客户端应用程序与opcserver通信既可以通过自定义接口，也可以通过自动化接口。客户端应用程序应用脚本语言如vb等通常使用自动化接口；而客户端采用c++通常采用自定义接口，这样可以限度地实现系统的性能。
在一个复杂的系统中，通常会出现多种现场总线共存的情况，opc技术也为不同类别现场总线的集成提供了集成方案，只要为不同类型的现场总线网段上的现场设备提供opcserver，然后利用opcserver对外接口的一致性，便可实现服务器之间的信息集成，图3是利用opc技术实现不同类型现场总线集成的技术方案。
图3 不同类型现场总线集成方案
4 基于xml的信息集成技术
xml被认为是继java以后internet上出现的最激动人心的技术。图4表示了基于xml的web应用服务。xml语言可以让信息提供者根据需要，自行定义标记、属性和描述法，从而使xml文件的结构可以复杂到任何程度。xml主要有三个要素：模式(schema)或文件类型定义(documentt type definition, dtd)，可扩展式样语言(extensibel stylesheer language, xsl)和可扩展链接语言(extensibel link language, xll)。模式和dtd定义了xml文件的逻辑结构，它帮助xml解析器校验xml文件标记的合法性；xsl是用于xml文档样式的语言，它能使xml文档在客户端的web浏览器上按照不同的方式显示，从而不需要再与服务器进行交互通信；xll将进一步扩展目前web上已有的简单链接，从而形成良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化、便于网络传输四大特点。在远程故障诊断与维护系统应用xml技术具有以下优势：
图4 基于xml的web应用服务
1) 故障与维护信息的快速搜索。在故障诊断与系统维修中，经常会涉及故障和维修信息的查询，以往设计搜索软件由于需要了解整个维修网络中每个数据库的结构而难以实现，xml使得这样的搜索变得非常容易。
2) 不同来源数据的集成。xml易使不同来源的结构化数据集成和共享。xml只要在中间层的服务器上对从后台数据库和其他应用带来的数据进行集成，然后，数据就能发送到其他的客户或服务器做进一步的集成、处理和转移；另外，基于xml的数据都是自我描述的，数据不需要有内部描述就能被交换和处理，速度将变得更快，扩展性和灵活性变得更大。
3) 数据显示方式和接收方式的多样性。首先是显示方式的多样性，数据发到桌面后能够以多种方式显示，更易实现用户个性化、风格化的需求。另一方面是显示终端的多样化，数据的显示不仅仅局限于普通的台式计算机，可以是机、掌上电脑、等，这样对工作地点移动性较大的维护人员来说，可以及时地收到相关的信息。
4) 信息处理各取所需。xml只要考虑信息的完整性和规范性，不受特定的脚本语言、制作工具和传输工具的限制。客户取得数据后可以通过一个过滤器实现信息的编辑和处理，以适应用户自己的需要。
5) 便于实现分布式运算。由于xml的自解释性使客户端在收到数据的同时也能理解数据的逻辑结构和含义，从而能实现通用的分布式计算，改变服务器负荷繁重的状况。由于xml文档对象模式（document object mode, dom）允许用脚本或其他编程语言处理数据，使得基于web应用的客户端数据处理功能得到大大的加强，可以创建原先只能建立在数据库上的功能强大的应用软件。
6) 实现数据粒状更新。通过xml可以实现数据粒状更新，封装于xml文档中的一部分数据发生变化后，不需要重新发送整个机构化数据。变化了的数据从服务器送到客户端，不需要刷新整个客户端的界面就能显示出来，大大提升了服务器的性能。
7) 便于采用相同词汇，实现自动化工作。对于适合同一个应用领域交互的xml结构信息，很容易采用相同的词汇和符号集合，这样通过xml中的dtd或schema规范描述性标识，形成一种在某个特定应用领域相关的标记语言，为信息交互自动化打下基础。
5 平台无关性与多种语言兼容
opc接口定义的字符串参数均采用国际标准编码unicode，xml也内置了unicode，其内容和元素的名称都支持任何一种语言，该系统能实现多语言兼容。系统的信息交互以xml为基础，因xml是标准通用标记语言(standard generalized markup language, sgml)的一个子集，sgml建立了一套严格一致的、独立于平台之间表达信息的格式，因此系统可以在不同平台上运行。
6 结束语
本文提出的利用opc技术实现系统底层设备状态、故障信息有效采集和采用xml技术解决以互联网为载体的系统信息集成等技术，为有效采用远程故障诊断和维护向导技术，实现复杂系统远程、多专家、多系统协同诊断和维护，提高系统的可用度、降低系统维护成本打下了良好的技术基础。图5是fas远程故障诊断与维护系统的总体框图，该系统在应用中取得了良好的综合效益。
图5 fas远程故障诊断与维护系统总体框架
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2 基于internet的远程故障诊断与维护技术
基于internet的远程故障诊断和维护技术的基本思想是将internet与故障诊断技术相结合，联合设备和零配件供应商、专业维护中心和相关专家组建一个故障诊断与维护的动态联盟，提供快速有效的故障诊断和维护服务。
图1 基于internet远程故障诊断和维护系统总体结构
基于internet的远程故障诊断与维护技术对故障诊断分为三个层次：为客户层诊断，即当系统出现故障时，首先利用驻留在系统自身上的故障诊断系统进行故障诊断，依据诊断的结果进行维护；在无法确定其故障点或故障原因，则通过远程故障诊断信息服务单元的请求后，依靠中心现有的故障诊断与维护资源对设备出现的故障进行诊断。第三为联盟层会诊，当专业诊断失败后，由专业维护中心向有关成员发出故障会诊请求，调动入网的相关技术资源，进行故障诊断。
图1表示了基于internet的远程故障诊断和维护向导系统的总体结构。该系统驻留在专业维护中心的web服务器上，其功能模块包括；故障诊断模块、资源信息查询模块、维护工艺生成模块、维护向导模块等；客户端由数据采集处理单元、实时故障诊断单元、故障诊断专家系统和远程故障诊断信息服务单元组成。该系统正常运行的关键首先在于底层设备状态、故障信息的采集，其次是以互联网为载体的信息集成与利用。
3 opc技术与信息采集
现场总线技术使底层设备具有通信能力，并以底层设备为网络节点形成开放式数字通信网络。opc是opc基金会1996年推出的一套基于微软的ole/com标准接口协议，定义了一套应用于支持过程数据访问、报警、事件，以及过程历史数据访问等功能的com接口。opc采用客户/服务器的通信模式，其服务器功能是一方面负责与数据提供方(现场设备或数据库)的通信；另一方面将数据提供方提供的数据通过标准的opc接口供数据调用方调用。数据调用方充当了opc的客户方。标准接口保证了互操作性，使得所有支持opc的客户能够以一致的方式访问所有opc服务器。
图2 opcserver逻辑对象模型
opc服务器逻辑对象模型如图2所示，它包含三个核心对象：opcserver、opcgroup和opcitem。opcserver对象位于模型的顶层，它包含opcgroup对象的集合opcgroups，并创建了opcserver对象；opcgroup对象起到了状态信息维护的作用，并提供了一套信息获取服务的机制。通过这个对象，应用程序可以根据实际应用的需要重组现场数据，但不影响底层现场数据的组织。opcitems是opcgroup对象所包含的opcitem与控制设备的一个信号变量对应，它包括对象的定义，当前数值、状态信息和最后更新时间的记录等。
opc标准协议定义了自定义接口和自动化接口两套接口标准，opc客户端应用程序与opcserver通信既可以通过自定义接口，也可以通过自动化接口。客户端应用程序应用脚本语言如vb等通常使用自动化接口；而客户端采用c++通常采用自定义接口，这样可以限度地实现系统的性能。
在一个复杂的系统中，通常会出现多种现场总线共存的情况，opc技术也为不同类别现场总线的集成提供了集成方案，只要为不同类型的现场总线网段上的现场设备提供opcserver，然后利用opcserver对外接口的一致性，便可实现服务器之间的信息集成，图3是利用opc技术实现不同类型现场总线集成的技术方案。
图3 不同类型现场总线集成方案
4 基于xml的信息集成技术
xml被认为是继java以后internet上出现的最激动人心的技术。图4表示了基于xml的web应用服务。xml语言可以让信息提供者根据需要，自行定义标记、属性和描述法，从而使xml文件的结构可以复杂到任何程度。xml主要有三个要素：模式(schema)或文件类型定义(documentt type definition, dtd)，可扩展式样语言(extensibel stylesheer language, xsl)和可扩展链接语言(extensibel link language, xll)。模式和dtd定义了xml文件的逻辑结构，它帮助xml解析器校验xml文件标记的合法性；xsl是用于xml文档样式的语言，它能使xml文档在客户端的web浏览器上按照不同的方式显示，从而不需要再与服务器进行交互通信；xll将进一步扩展目前web上已有的简单链接，从而形成良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化、便于网络传输四大特点。在远程故障诊断与维护系统应用xml技术具有以下优势：
图4 基于xml的web应用服务
1) 故障与维护信息的快速搜索。在故障诊断与系统维修中，经常会涉及故障和维修信息的查询，以往设计搜索软件由于需要了解整个维修网络中每个数据库的结构而难以实现，xml使得这样的搜索变得非常容易。
2) 不同来源数据的集成。xml易使不同来源的结构化数据集成和共享。xml只要在中间层的服务器上对从后台数据库和其他应用带来的数据进行集成，然后，数据就能发送到其他的客户或服务器做进一步的集成、处理和转移；另外，基于xml的数据都是自我描述的，数据不需要有内部描述就能被交换和处理，速度将变得更快，扩展性和灵活性变得更大。
3) 数据显示方式和接收方式的多样性。首先是显示方式的多样性，数据发到桌面后能够以多种方式显示，更易实现用户个性化、风格化的需求。另一方面是显示终端的多样化，数据的显示不仅仅局限于普通的台式计算机，可以是机、掌上电脑、等，这样对工作地点移动性较大的维护人员来说，可以及时地收到相关的信息。
4) 信息处理各取所需。xml只要考虑信息的完整性和规范性，不受特定的脚本语言、制作工具和传输工具的限制。客户取得数据后可以通过一个过滤器实现信息的编辑和处理，以适应用户自己的需要。
5) 便于实现分布式运算。由于xml的自解释性使客户端在收到数据的同时也能理解数据的逻辑结构和含义，从而能实现通用的分布式计算，改变服务器负荷繁重的状况。由于xml文档对象模式（document object mode, dom）允许用脚本或其他编程语言处理数据，使得基于web应用的客户端数据处理功能得到大大的加强，可以创建原先只能建立在数据库上的功能强大的应用软件。
6) 实现数据粒状更新。通过xml可以实现数据粒状更新，封装于xml文档中的一部分数据发生变化后，不需要重新发送整个机构化数据。变化了的数据从服务器送到客户端，不需要刷新整个客户端的界面就能显示出来，大大提升了服务器的性能。
7) 便于采用相同词汇，实现自动化工作。对于适合同一个应用领域交互的xml结构信息，很容易采用相同的词汇和符号集合，这样通过xml中的dtd或schema规范描述性标识，形成一种在某个特定应用领域相关的标记语言，为信息交互自动化打下基础。
5 平台无关性与多种语言兼容
opc接口定义的字符串参数均采用国际标准编码unicode，xml也内置了unicode，其内容和元素的名称都支持任何一种语言，该系统能实现多语言兼容。系统的信息交互以xml为基础，因xml是标准通用标记语言(standard generalized markup language, sgml)的一个子集，sgml建立了一套严格一致的、独立于平台之间表达信息的格式，因此系统可以在不同平台上运行。
6 结束语
本文提出的利用opc技术实现系统底层设备状态、故障信息有效采集和采用xml技术解决以互联网为载体的系统信息集成等技术，为有效采用远程故障诊断和维护向导技术，实现复杂系统远程、多专家、多系统协同诊断和维护，提高系统的可用度、降低系统维护成本打下了良好的技术基础。图5是fas远程故障诊断与维护系统的总体框图，该系统在应用中取得了良好的综合效益。
图5 fas远程故障诊断与维护系统总体框架
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