1、基于Internet的嵌入式設備狀態監測系統開發與研究基于Internet的嵌入式設備狀態監測系統開發與研究類別：嵌入式系統摘要：網絡化的設備狀態監測及故障診斷是企業設備狀態監測的發展方向。本文介紹了一種基于Internet的嵌入式設備狀態監測與故障診斷系統，利用嵌入式動態信號測試分析儀進行現場數據采集，通過Internet上傳至服務器，實現了設備數據的集中化管理，專家通過網絡可以對設備狀態進行遠程監控，并且服務器可以對客戶端的連接進行在線監控，增強了系統的規范化管理和安全性。 關鍵詞：狀態監測;故障診斷;Internet;嵌入式 前言 隨著計算機網絡技術的發展，多數企業的內部網絡已經建成，網

2、絡化的設備狀態監測及故障診斷系統成為企業設備管理的發展方向。設備狀態監測網絡化特點在于：一方面，設備監測分析人員和專家們不再局限于在工業現場對設備進行狀態監測，他們完全可以通過企業Intranet或Internet對設備運行狀況進行遠程狀態監測和故障診斷；另一方面，由于單機版的設備狀態監測數據就存在本地機中，整個企業工廠的設備狀態數據分布在各個監測點上，較為凌亂，要統一集中化管理整個企業的設備數據較為困難。 基于此，作者開發了一種基于Internet的嵌入式設備狀態監測和故障診斷系統，將整個企業的設備監測數據放在服務器進行集中式管理，設備監測人員通過網絡，經過服務器身份驗證后即可從服務器獲得相

3、應權限的設備數據進行在線狀態分析，同時本系統中也加大了服務器端監控軟件的監督管理功能，能夠監聽到所有來自有客戶端的socket請求連接，并對其進行身份驗證，以決定其是否可運行安裝在本地機的客戶端軟件，系統安全性、規范性得到了保證。 系統框架整個系統基于Internet架構。在工業現場，先通過網絡從服務器上下載設備巡檢路徑信息至現場嵌入式動態測試分析儀中，然后嵌入式動態測試分析儀按照所下傳的巡檢路徑信息采集現場設備的數據至分析儀中，既可以利用分析儀中的信號分析方法進行數據現場分析，也可以通過網絡上傳數據至服務器上指定的相應測點目錄下，同時將分析儀的采集數據刪除（根據實際需要，采集的數據也可保留在

4、本地分析儀中）。遠程監控中心的設備管理人員或者專家經過權限認證，從服務器上在線獲得所上傳的設備數據，在客戶端便可運用系統的信號分析軟件所提供的各種信號分析方法，對設備的運行狀況進行分析，進而進行故障診斷，做出相應的維修決策。 系統結構設計及實現本系統采用服務器的集中管理模式，同時又具有C/S和B/S模式的雙重特點，服務器不但提供數據庫服務器的功能，而且還擔任了WEB服務器的功能。WEB服務器的作用在于提供客戶端用戶（設備狀態監測人員及專家）在線注冊、下載客戶端軟件（包括信號分析診斷軟件和動態信號采集軟件兩部分）、軟件實時更新等功能。通過提供WEB服務這樣一種方式，一方面通過用戶注冊，使得企業管

5、理者可以及時了解整個廠的設備狀態監測人員的實際分布情況，如所屬分廠、車間、職務等信息，便于管理者統籌安排人力資源，另一方面，也為整個廠的各個監測點客戶端軟件的安裝和以后的軟件升級提供了一個平臺。數據庫服務器則存有整個廠的設備信息，包括設備測點路徑信息和和所采集的測點數據文件。 軟件實現 軟件是設備監測與故障診斷的中樞神經。在本系統中，系統軟件分為系統軟件下載程序、客戶端信號分析診斷軟件、客戶端嵌入式動態信號分析軟件、服務器端管理軟件四個部分。數據庫采用SQLServer2000,開發語言工具為JSP，VC6.0。 用戶注冊、下載軟件程序 由前所述，利用系統所提供的WEB功能，企業各設備管理人員

6、、設備采集人員需先從服務器上下載相應權限的客戶端軟件，這樣既可以實現企業設備管理人員的規范化管理，又為以后的軟件升級提供了方便。系統采用JSP建立用戶申請下載軟件界面，用戶通過瀏覽器輸入網址，在頁面上可以輸入已分配的用戶名和密碼，通過服務器驗證后即可從服務器下載相應的客戶端軟件。此外，用戶可在頁面上輸入個人的基本信息，如年齡、性別、用戶級別（廠長、車間主任、設備管理人員、采集人員等）、所屬分廠、車間、電話等信息，并在服務器數據庫中建立用戶相應的信息表。 客戶端嵌入式動態信號分析軟件 數據采集人員在客戶端，如現場工作站，運行嵌入式動態測試分析儀中的信號分析軟件，輸入相應的用戶名和密碼，通過服務器

7、驗證后即可連上服務器獲得數據。如前所述，一方面，該采集程序通過網絡從服務器上獲得巡檢計劃/路徑（分廠車間設備測點）分析儀中，另一方面，將嵌入式動態測試分析儀采集到的數據存為指定的文件格式，然后將所存的數據文件上傳至服務器巡檢路徑的指定測點目錄下，以備以后的遠程終端信號分析軟件分析使用。 除了采集、傳輸功能，該測試分析儀還集成了常用的各種分析方法，如時域（自相關，互相關等）、幅值域（參數計算，直方圖等）、頻域（倒譜、包絡譜、細化譜等），時頻分析（SFFT、小波分析、小波包分析（如圖），如果需要，在現場采完數據后即可進行信號分析，及時判斷設備運行狀態。 圖1系統框架圖 圖2系統小波包分析界面 客戶

8、端信號分析診斷軟件 除了利用便攜式的嵌入式動態信號測試分析儀進行現場的分析外，我們也可以在辦公室對數據進行進一步詳細分析，相配套的軟件為客戶端信號分析診斷軟件。同樣，設備監測分析人員在客戶端，如遠程診斷中心，運行信號分析診斷軟件，輸入相應權限的用戶名和密碼，即可連上服務器進入信號分析診斷軟件，從服務器獲得相應的數據文件進行分析。 信號分析診斷軟件也包括以上所介紹的各種分析方法，而且包含有設備狀態趨勢預測和報警功能（包括常數和窄帶報警），包含有故障查詢，線性回歸預測、BP神經網絡預測、灰色預測等故障診斷方法，能有效、及時地發現設備的工作狀態，以采取相應的措施。 該軟件采用樹型結構目錄（總廠分廠車

9、間設備測點測量類型），可以看到各個節點的結構層次，并且提供多種設備檢索方式，如樹型、命名檢索，可統計各分廠、車間、設備的測點個數。同時設備監測人員可以隨意增加、刪除測點，而以企業管理者權限進入的用戶則擁有對監測人員、設備進行添加、刪除的權限，可將某一設備指定給相應監測人員管理。 軟件還包含有報表打印功能，可以打印廠、車間、設備、測點位置、測試文件名、測試日期/時間、工況、數據分析后的圖形曲線等信息。 服務器端管理軟件 本系統中，服務器端管理軟件是整個系統的控制中心，提供一個監測、管理在線用戶的功能。軟件采用Socket技術，可以偵聽各個客戶端的連接消息，然后對其進行身份驗證，通過系統驗證后，給

10、其發送通過驗證消息即可使其連上服務器，運行相應的客戶端軟件。 服務器端管理軟件具備用戶管理功能，并可設置并發連接用戶的個數，如果某一時刻客戶端連接數等于所設置最大連接數，其它客戶端將會得到系統忙的提示消息，這樣可以根據實際服務器的硬件性能，靈活控制系統的負荷；服務器端也可以控制任一客戶端的連接與斷開，即服務器端切斷某一客戶端的連接時，這個對應客戶端的程序將強行關閉，增強了系統的安全性與靈活性。同時，服務器端還可以瀏覽整個在線用戶的信息，包括有用戶名、管理權限、IP地址、登陸時間、登陸號等。 需特別指出的是，為了避免可能出現的網絡阻塞和客戶端、服務器端雙方任意一方非正常退出等情況，該軟件增加了雙

11、方定時發消息的功能，通過此來判斷對方是否還在線。例如，當服務器端由于非正常原因退出了，如死機了，客戶端如果隔了一段時間收不到服務器端的確認消息，便會強行退出，對于本系統來說，這時的客戶端連接已經沒有存在的意義了，增強了系統的安全性能。同樣，如果在線的某一客戶端非正常退出了，服務器端應該也“偵察”得到，將此客戶端從socket隊列中刪除，同時在線的計數值減1。 圖3服務器參數設置界面 同時，服務器端軟件還可動態修改所選數據庫類型（本系統中可供選擇SQLServer和Oracle兩種網絡數據庫）及其端口號和登陸密碼，提高了系統的靈活性與安全性。 系統安全 由于本系統涉及到網絡，所以不可避免的需考慮

12、網絡安全的問題。除了前面已提到的登陸服務器身份驗證和服務器端對客戶端的控制連接功能外，在本系統中，還考慮了以下安全措施： (1)防火墻 在服務器端和客戶端安裝防火墻，能有效的屏蔽一些非常用端口，對信息進行有過濾，防止一些非法人員的惡意攻擊，增強系統的安全性。 (2)數據的加密，解密 一些關鍵數據在網絡中傳輸，如用戶名、密碼等，如被非法人員竊聽得到，后果是不堪設想的。在本系統中，為了加強系統的安全性，在數據發送前進行加密，而對方在收到數據后再在本地機對數據解密后使用，可以有效防止萬一數據在傳輸途中被竊取后，也不會被獲得原始的真實數據，系統數據安全性得到了有效地保證。 (2)數據備份 在系統安全性

13、方面，一方面，在做好系統安全性防護和數據加密工作后，另一方面，為了以防萬一，我們也應該及時地對數據做好備份。在本系統中，數據備份主要分為服務器本地機備份和局域網內備份。利用Windows操作系統自帶的備份工具可以方便快捷地對數據進行本地機備份，而通過局域網內機器的同步定時數據備份，可以防止服務器萬一崩潰而無法恢復所帶來的數據丟失。 嵌入式動態信號測試分析儀 作為現場終端采集、分析設備，在本系統中，嵌入式動態信號測試分析系統集合了電荷、電壓和ICP輸入，內部集成了一整套應用于工礦企業生產設備的狀態監測、故障診斷與預測維修的解決方案，滿足沒有遠端計算機診斷系統的分析要求。該分析儀能夠實現連續大樣本

14、數據采集，完全再現現場工況的動態發展過程，實現在線監測與離線巡檢的高度統一。同時集成時域、頻域和時頻域各種信號分析方法，滿足現場數據分析的所有功能要求。也可以在內部數據管理系統的統一指揮下通過U盤、串口或網絡傳送至數據分析中心，做進一步詳細的分析研究。 圖4嵌入式動態信息信號測試分析儀系統結構 圖4為分析儀系統結構圖。現場數據信號經過信號預處理、抗混濾波后進入信號采集卡。信號預處理系統主要是將傳感器輸出的電壓、電流等各種信號進行放大、濾波或運算得到用戶需要的而且滿足A/D采集芯片要求的信號；而抗混濾波把待測系統的高頻噪聲干擾濾除，防止高頻信號采集過程中的混疊現象。分析儀包括串口、USB、網口等多種與外界通信方式，采用液晶屏顯示，并且配有鼠標與鍵盤接口。限于篇幅，在此不再贅述。 結論 本文介紹了