工业现场设备诊断感知与管理系统设计

摘要随着现在工业制造技术的不断进步与发展，随之而来的问题是工业现场设备种类繁多，很多设备工作环境都很恶劣，容易发生故障。基于对物联网(The Internet of things)技术的研究，论文设计了一种工业现场设备诊断感知与管理系统。采用无线传感器模块可以实时对工业现场设备各项参数进行采集。在上位机上对采集的数据进行诊断融合，最后得到诊断结果供设备管理员进行设备维修提供依据。希望通过本系统的研究可以对工业现场设备诊断感知与管理起到一定的引导作用。

【关键词】物联网技术 无线传感器模块 诊断融合算法 无线传感器网络

无线传感器技术与传统的仪表采集数据再通过工业现场总线传递相比而言具有很多的优点，比如布线简单、移动性高和低功耗等优点。因其在社会生产的各个方面都得到了很广泛的应用，比如国防、城市管理、零售、环境监测、工业现场、危险区域远程控制、生物医疗等；然而随着工业现场管理理念的不断现代化，工业现场管理也逐步的采用无线传感器技术，这样会使得工业现场管理更加的高效与智能。

1 无线传感器网络

无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是由很多的移动或静止的无线传感器节点以多跳和自组织的方式构成的无线网络结构，以协作地方式感知、采集、初步简单处理和传递无线网络覆盖范围内被感知的信息，最终把这些有价值的数据发送给网络信息所有者。管理员可以通过管理节点对无线传感器网络进行管理和配置，监测任务和采集数据。无线传感器网络是由管理节点(Coordinator)、汇聚节点(Router)和传感器节点(EndDevice)，如图1所示。

无线传感器网络所具备如下的特点：大规模性、自组织性、动态性、可靠性、集成化、协作方式执行任务。协作方式包含以下几步：协作式采集感知、初步处理、数据存储和数据传递。通过协作的方式，无线传感器节点可以感知被采集对象，从而得到完整的数据。

2 诊断融合算法

工业设备的状态可以用一组特征参数集合来加以描述，一旦工业设备发生故障时，它的状态特征参数的值也会发生相应的改变，因而特定的状态特征参数集合反映了特定的设备故障。在设备故障诊断领域中，当工业设备发生故障时，将对应特征参数集合呈现的特定取值集合称之为故障征兆集合，即不同的故障征兆集合对应不同的设备故障。模糊诊断是根据故障状态集合与模糊集合论征兆集合的某种映射关系，由征兆集合来诊断设备故障，如图2所示。

3 系统设计

首先要对需要检测的工业现场设备进行设备特征参数集合分析；经过对工业现场设备分析，可以得到对应设备的特征参数集合。这时将对应的无线传感器模块布置到设备对应的监测点上，无线传感器节点感知、采集、初步处理和传递数据，经过多跳后到传递到汇聚节点，最后通过卫星或互联网传递到管理节点；在上位机通过设备诊断融合算法对采集的数据进行诊断融合，得到的诊断结果通过上位机软件反馈给工业现场设备管理员，为设备管理员的设备维修提供相应的依据。

为了使现有的资源达到充分的利用，同时可以减轻上位机服务器的负担；系统采用的方法是：传感器模块完成感知、采集、初步处理和数据传递任务，而上位机模块完成故障实时诊断任务。

4 结束语

随着无线传感器技术的不断发展，对工业现场的智能化管理起到了很大的作用。与传统的仪表采集数据再通过工业现场总线传递相比而言具有很多的优点。因此无线传感器技术在社会生产的各个方面都得到了很广泛的应用；工业现场设备诊断感知与管理也逐步的采用无线传感器技术，这样会使得工业现场设备诊断感知与管理更加的高效与智能。因此无线传感器技术在工业现场具有潜在的应用价值，并且应用前景十分广阔。显然此系统有某些方面的设计不足，如果想要进一步完善此系统，我们需要在日后不断的对此系统进行更加全面的考虑。

参考文献

[1]董耀华.物联网技术与应用[M].上海:上海科学技术出版社,2012(01).

[2]陈敏,王擘,李军华等.无线传感器网络原理与实践[M].北京:化学工业出版社,2011.

[3]刘伟荣.物联网与无线传感器网络[M].北京:电子工业出版社,2013.

作者简介

崔玉波（1990-），男，安徽省蚌埠市人。硕士研究生学历。主要研究方向为计算机应用技术、嵌入式技术。

作者单位

安徽理工大学计算机科学与工程学院安徽省淮南市232001