远程故障诊断虚拟实验室的研究

摘要：该文以LabVIEW为平台，设计开发了故障诊断实验项目，构建了远程故障诊断虚拟实验室。该系统包数据采集及存储模块、时域分析模块、频域分析模块、相关分析模块和特征频率计算模块等。系统组建后，通过测试，验证了系统对设备故障诊断的有效性，很好地解决了实验室仪器不足的缺陷，体现了虚拟仪器技术与网络技术的优越性。

关键词：虚拟仪器；LabVIEW；故障诊断；远程

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）30-7376-03

基于计算机网络的远程设备故障诊断就是将计算机网络技术与设备故障诊断技术相结合，通过国际互联网络、局域网络实现设备的远程故障诊断。基于计算机网络的远程故障诊断作为一种新型方式必将引人们的关注，随着互联网开放式体系结构逐步得到人们的广泛认同，这种新型方式也将成为系统开发的必然趋势。

1 系统总体结构设计

1.1 系统设计原则

远程网络虚拟实验系统的是为了利用网络虚拟实验室的优势来弥补传统实验教学仪器设备的不足，因此，在网络虚拟实验系统设计时必须遵循以下几个原则：

1）开放性原则：开放性是网络虚拟实验系统构建的首要条件。只要学生登入互联网的任一终端，便能够使用网络虚拟实验系统。

2）交互性原则：网络虚拟实验系统应具有良好的交互性。交互性不仅体现在用户与网络虚拟实验系统之间的交互，还体现在网络虚拟实验系统各个模块之间的交互。

3）直观性原则：在实验过程中不仅有数据的输入和输出，还要显示相应的实验数据和结果，为此，在设计实验系统时，系统界面要友好，数据和结果的显示要直观。

4）易于维护和管理的原则：网络虚拟实验系统各功能模块应安装在服务器端，实现服务器端集中管理，所有实验内容的和维护只需在服务器上进行，教师也可以通过权限实现实验信息的远程管理。

5）经济性原则： 使用B/S模式网络虚拟实验系统，学习者不必安装专门的软件，只需通过网络浏览器便可以打开实验系统。

1.2 系统总体结构

本系统以《机械故障诊断》课程实验系统为研究对象，开发可在网络上使用的虚拟故障诊断实验。利用机械故障发生器、模拟转子试验台、压电式加速度传感器、光电速度传感器、电荷放大器、数据采集卡、计算机等器件，编写虚拟实验软件，并进行网络，可实现远程轴承故障诊断、齿轮故障诊断、旋转机械的故障诊断等实验。该虚拟故障诊断系统具有实验资源共享、不受时间和地域限制等特点，能满足课堂实验教学和远程实验教学的需要。其体系结构如图1 。

虚拟实验软件功能主要包括：数据采集、信号显示及存储、时域分析、频域分析、相关分析以及特征频率计算等。

2 实验系统的远程功能实现

2.1 LabVIEW网络通信技术

LabVIEW不仅是目前用于数据采集、信号处理和虚拟仪器开发的一个重要工具，而且还提供了丰富的网络通信功能，其实现网络通信功能的技术包括共享变量、TCP/UDP通信、DataSocket技术、远程前面板技术等。依赖这些技术，研发人员不需要精通底层的网络编程，仅需在LabVIEW中进行一些简单设置，就可以实现数据共享和数据交换的网络通信功能。考虑到本实验系统的功能和特点，在分析了各种通信技术的基础上，决定采用远程前面板技术来实现远程故障诊断实验。

2.2 远程故障诊断虚拟实验的实现

首先利用LabVIEW开发服务器端故障诊断虚拟实验仪器，再通过LabVIEW的远程前面板技术，将LabVIEW开发的虚拟仪器作为一种ActiveX控件嵌入到Web网页中，经过相应的设置，将服务器端嵌入了虚拟仪器的Web网页进行，成功后，用户便可在客户机上通过浏览器直接打开并运行位于服务器上的虚拟仪器程序，完成远程信号检测、分析与故障诊断的实验任务。为了让更多的客户同时使用远程前面板功能，需要向Nl公司购买授权，因为LabVlEW 默认的远程前面板客户端数是一个。服务器端可以使用“远程面板连接管理器”工具来监控客户端的连接。

实现远程故障诊断虚拟实验的步骤是：① 配置LabVlEW 的Web Server；② 在服务器端计算机中打开虚拟仪器前面板；③在客户端LabVIEW 中，选择”操作->连接远程前面板”，在弹出的对话框中设置服务器端计算机的IP地址、域名，单击“Connect”即可。具体设置如下：

1）服务器端设置

打开服务器端的LabVIEW，启动Web服务，并利用Web工具将网页出去，实现Web服务器配置，具体步骤如下：

①服务器文件路径和网络参数设置

打开服务器端需要的远程故障诊断虚拟仪器前面板，通过LabVIEW菜单栏中的“工具”菜单，打开“选项”子菜单的对话框，从中选择“Web 服务器：配置”选项，接着激活“启用Web服务器”选项，然后设置网络参数，包括存放服务器文件（如的网页文件）的根目录、HTTP 端口和网络连接超时时间。

②客户端访问权限设置

从主菜单“工具”菜单的“选项”子菜单中选择“Web服务器：浏览器访问”选项，显示相应的对话框，设置浏览器地址和客户机权限，客户机权限分为“允许查看和控制”及“允许查看”两类。“允许查看和控制”权限可浏览前面板并可以进行控制，“允许查看”权限只能浏览前面板。

③远程故障诊断虚拟仪器访问权限设置

从主菜单“工具”菜单的“选项”子菜单中选择“Web服务器：可见VI”选项，显示相应的对话框，从中设置可以被访问的远程故障诊断虚拟仪器以及被客户端控制的时间长度。

④远程故障诊断虚拟仪器网页

从主菜单“工具”菜单的子菜单中选择“Web工具”选项，在“VI 名称”栏选择要的远程故障诊断虚拟仪器，并选择查看模式。查看模式有嵌入、快照和显示器三种，嵌入模式是把要的虚拟仪器前面板嵌入在网页中，客户端可远程浏览和控制前面板；快照模式只把当前虚拟仪器前面板的静态图像到网页中；显示器模式是按设定时间间隔不断更新虚拟仪器前面板的静态图像。为了既可以浏览前面板，又可以控制前面板，一般选择嵌入模式。然后设置文件名和服务器的网页地址，并保存。

2）客户机端设置

客户机端不需要任何编程工作，只要安装LabVIEW Run-Time引擎，在网页浏览器的地址栏中输入服务器端配置的远程故障诊断虚拟仪器网页地址，就可打开远程故障诊断虚拟仪器前面板并进行实验。

3 系统测试

在客户机端网页浏览器的地址栏中输入http：//IpAddr：Port/ViName.htm， 确认后便出现远程故障诊断虚拟实验室的主页，如图2所示，在这里点击不同的实验项目会有不同的网页出现，如点击轴承故障诊断实验，便出现滚动轴承故障诊断实验页面，如图3所示，通过这个页面可以可以完成滚动轴承故障诊断实验。

4 总结

本文以LabVIEW为虚拟仪器开发平台，开发了远程故障诊断虚拟实验系统，通过测试，该系统可以对设备的故障作出准确诊断，该系统基本达到了预期的设计要求，很好的解决了实验室仪器不足的缺陷。网络化虚拟故障诊断仪器改变了传统仪器的测量方法，打破了在同一地点进行数据采集、分析和显示的传统模式，实现了跨地域、跨时间的测量和诊断。

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