故障诊断系统(自动化系统故障诊断)的简介
故障诊断系统是一种专门为数据采集器设计的自动诊断系统，它以数采器在现场采集的振动信号频谱为主要输入数据，以各种故障的频谱特征为主要知识，可以对数采器在现场测量的数据自动进行诊断。
现代的机械制造系统具有控制规模大、自动化程度高和柔性化强的特点。由于制造系统的结构越来越复杂，价格越来越昂贵，因此因为各种故障而导致的停机都是不可忍受的负担。故障诊断系统就能够在这个情况下满足需要，也就是能够合理制定维修计划，最大限度减少停机维修的时间，以及在故障发生之后能够迅速做出反应。因此，故障诊断系统在现在得到了迅速的发展。
故障诊断系统(自动化系统故障诊断)的目的
诊断的目的是对于机械制造过程或者其他过程中产生出来的各种故障进行获取、传输、处理、分析和解决。其技术包括对过程中出现的各种物理量用先进的传感器接收，进行信号传输和信号处理，从分析处理的结果来对生产设备的工作情况以及产品的质量进行检测，对其所发展趋势进行预测，并对故障进行诊断和报警。
因此，多传感器的应用是故障诊断系统所必需的，因为只有通过获取到足够的数据才有可能获得精确的分析结果。早期的系统通常只采用一种传感器来监视系统，但这个方法早就无法满足现在获取系统状态的需要了。现在的系统的复杂度都在日益提高，多种不同精度的传感器的同时应用为我们获得准确数据提供可能。
此外，基于知识的专家系统的应用为系统的智能化分析提供了人工智能的支持。这种专家系统拥有一个专门领域的知识库和一套有效的推理机制。由于现在的生产系统的复杂性，通常的专家系统都拥有一个复合的知识库，提供相应的生产系统的知识支持。而且伴随着网络和通信技术的发展，故障诊断系统也发展了分布式和集成性的特点。
故障诊断系统(自动化系统故障诊断)的流程
我们能够获得比较好的诊断效果，我们需要首先知道故障的模式。所谓模式就是相当于症状的一种描述。把能够获得的故障的模式集中在一起，就能够对故障进行有效的分类。正如治病不能只看症状一样，我们还要分析故障的机理，也就是诱发故障的原因。这就好比知道为什么系统生病了一样。有的时候，故障的机理和故障的模式不是很容易区分的。但是通过综合分析这样的机理和模式，就有可能归纳出一个故障的模型，这个模型可以被故障诊断的专家系统所采用，作为知识库的一部分。一种比较普遍的方法是把故障模型表示称为树型结构，这样的表达便利了以后的程序分析，也便于集成在专家系统中。所以可以看出，故障的模型的建立是故障分析中最重要的部分。
故障诊断系统(自动化系统故障诊断)的现状
现阶段，故障分析在机械生产系统方面可以应用在自动生产线、数控机床、柔性制造单元以及更大的比如计算机集成制造系统。具体分析不同的应用环境，才能够获得适合于不同的环境的设计。比如自动生产线，它是由基本工艺设备和各种辅助设备、控制系统组成的，实质上来说就是一个刚性自动化制造系统。自动线是由不同的机床组成，由于集成性的存在，它比单个设备复杂，要想在短时间内找出原因和位置是很困难的。自动线越长，设备利用率越低。为了提高利用率，除了提高设备的可靠性之外，在一定的条件下，完全有必要引入自动线中的故障诊断系统。为了和自动线相适应，就要在不同的位置获取到信息，然后引入一个适合于流动生产的故障模型来分析故障的原因。这样，故障诊断的引入就有可能为自动线带来了鲁棒性。
故障诊断是随着生产过程的复杂化而产生的一种技术，由于和现代传感器技术、专家系统技术相结合，已经展现出了很强的生命力，必将为提高企业的生产效率和稳定性提供越来越强大的支持。
90年代以来，数据采集器的广泛应用已成为我国设备诊断现代化的重要标志。
"手持袖珍式振动数据采集器在现场巡检设备振动状况，回到计算机房后再将存贮的振动值、振动波形和频谱通过标准串行接口送入微机建立设备维修档案，分析和预报振动趋势以及诊断机器故障。"这已经成为今天最常见的工业设备状态监测与故障诊断方式。故障诊断系统以数采器在现场采集的振动信号频谱为主要输入数据，以各种故障的频谱特征为主要知识，可以对数采器在现场测量的数据自动进行诊断。它可以用来:减少繁复的计算故障特征频率，查找有关数据和分析机器结构的负担;培训刚接触诊断工作的人员;
利用PLC设计故障诊断系统
1引言
PLC作为一种成熟稳定可靠的控制器，目前已经在工业控制中得到了越来越广泛的应用。PLC系统的设计直接影响着工业控制系统的安全可靠运行。一个完善的PLC系统除了能够正常运行，满足工业控制的要求，还必须能在系统出现故障时及时进行故障诊断和故障处理。故障自诊断功能是工业控制系统的智能化的一个重要标志，对于工业控制具有较高的意义和实用价值。
故障诊断一般有两种途径:故障树方法和专家系统方法。故障树方法利用系统的故障逻辑结构进行逻辑推理，由错误的输出找到可能的输入错误。这种方法比较适用于系统结构相对简单，各部分耦合少的情况。专家系统方法通过建立系统故障的知识库与推理机，计算机借助现场的数据利用知识库和推理机进行深入的逻辑推理，找出故障原因。这种方法适用于系统结构复杂，各部分耦合强的大型工业系统。
2系统设计
故障诊断系统建立在基于PLC和上位计算机组成的控制系统上。PLC在故障诊断系统中的功能主要是完成输煤系统设备故障信号检测、预处理，转化存储并传输给上位计算机。上位计算机由于具有强大的科学计算功能，利用专家知识和专家库，完成从故障特征到故障原因的识别工作。并通过人机界面，给出故障定位，报告和解释故障诊断结果，并为操作员给出相应的排除故障的建议。
3PLC程序设计
在进行故障诊断设计时，首先必须对整个系统可能会发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。以火电厂输煤控制系统的故障结构为例。为了描述简单，这里作了一定的简化。
系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的PLC梯形图程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意:必须将系统所有可能引起故障的检测点引入PLC，以便系统能及时进行故障处理;应在系统允许的条件下尽可能多的将最底层的故障输入信息引入PLC的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
(1)故障点的记录
为了得到系统的故障情况实现系统的故障自诊断，PLC必须将所有故障检测点的状态反映给内部寄存器，图2是用来记录故障点的部分程序。
IR4.02是输入的IO节点，表示A侧皮带信号，当输煤系统使用A侧皮带正常运行时4.02的值为1，当4.02变为0时，说明A侧皮带信号出了故障，此时利用上升沿微分指令记录这次的信号跳变。这样这次事故就记录在IR31.00中。程序设计中将IR31作为记录底层故障信息的寄存器，由于内部寄存器IR有16位，所以能够记录16种不同的故障原因。如果有更多的故障需要记录，可以设置多个寄存器字。需要说明的是，有时引起故障的原因可能不止一个，往往一个故障会引起另一些故障的发生，因此还有关键的一点是程序要能记录最先发生的故障。这也需要通过PLC编程实现，程序只对最开始发生的故障敏感。
(2)多次故障事件的记录
由于系统实际长时间的运行中，可能会出现多次故障，为了检修和维护方便，还需要PLC能够将多次故障事件记录下来。OMRONC200H型PLC的数据存储区(DM区)可以间接寻址，利用这一点，可以在DM区划出一定的区域，用来记录每次故障事件，包括故障类型和事件发生的时间(日期，小时，分钟，秒)。这一段DM区域可以循环记录，实际使用中记录了最后50次故障的情况，这些记录是系统运行的重要资料，方便了运行人员了解设备情况，对其进行检修和维护。
(3)模拟量故障的诊断
对于模拟量信号例如犁煤车，给煤车电机电流的故障诊断，首先利用模拟量模块，接收来自电流变送器的模拟信号，将其转换为数字信号，然后与整定值或系统允许的极限值比较,若在允许范围之内则表明对应的设备处于正常运行状态，如果实际值接近或达到极限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的极限值根据实际系统相应的参数变化范围确定。
(4)各种故障信息的串行通信
上位机通过串行通讯及时读取PLC的内部寄存器区的各种故障信息。利用PLC的RS232通信接口，可与上位计算机进行HostLink方式串行通信。通信时，上位计算机首先向PLC发出一帧命令帧，包括操作命令、寄存器类型、起始地址与要读取的寄存区数目等。PLC收到命令帧后会做出响应，如果没有错误则向上位计算机发出响应帧，响应帧中包含了上位机需要查询的寄存器值。
上位计算机通过读取数据寄存区的值来获取当前PLC的工作状况，同时上位计算机对PLC的控制也可通过对该区的写操作来完成。具体的通信实现可以参考相关资料，这里不作详细论述。
4借鉴专家系统故障诊断方法的实现
系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个清晰的层次模型，可以利用基于模型的故障树法。但是在进行比较详尽的故障诊断以及系统故障存在耦合时，仅仅使用故障树法是不够的，必须借鉴专家系统的方法。
(1)面向对象的“知识对象”,大大提高了故障诊断的推理效率
在传统的专家系统中，知识被组织成知识库的形式，推理机进行推理时，要从知识库表示的所有空间中搜索所需的知识。这种方法有搜索空间大，推理效率低的缺点。“知识对象”的概念可以解决这一问题。“知识对象”是一个逻辑概念，它利用面向对象的方法，将知识源和黑板都表达为对象，在知识对象的内部封装了专家系统和推理机、解释器。当相应的知识对象被激活后，就在对象内部进行推理，大大提高了推理效率。根据系统的实际情况和故障推理的过程，在这里知识对象被具体化为故障节点。故障节点是进行诊断推理的基本单位，诊断信息在故障节点间层层传递，故障节点内部利用这些信息进行推理并最终确定故障原因。
(2)对象类型与推理节点
对象类型表示该故障节点在故障推理中的作用，它可分为3类:根节点，叶节点，推理节点。根节点的故障由它的子节点产生，应到其子节点中去继续推理。叶节点是底层故障。叶节点没有子节点。推理节点是故障诊断规则最为集中的节点，检测节点可以视为推理节点的子节点，它为推理节点的推理过程提供相关的信息。我们在推理节点并不是判断该节点是否存在故障，而是利用推理节点封装的规则库与推理机，结合检测节点提供的信息进行故障推理，找出故障原因。
(3)故障节点的检测方式
地址段是节点的位置(本系统中是PLC中的寄存器)。数据段根据用户的需要可以为一个或几个，数据段中数据的定义与节点的性质有关。检测方式表明在该节点系统进行何种操作。主程序根据故障节点的检测方式选取相应的处理函数。该函数是检测手段与推理规则的结合，故可称之为检测/推理函数。一方面它可以检测故障节点本身的状态，另一方面使用推理机制进一步推断故障原因。性质类似的节点使用相同的检测/推理函数，利用地址段和数据段中的值加以区别。
(4)各节点的注释段要有相应帮助信息
各节点的注释段不仅能记录故障的原因和维修方法，还可以记录其他的帮助信息。有时因系统的检测手段不完备，或规则不完全，推导过程要进行人机对话。这时候如果节点的注释段中有相应帮助信息，可以给用户以提示或指导用户进行操作，使推理能顺利进行。
本系统的故障诊断通过在上位计算机上用VC6.0开发的应用程序实现，集成在上位机监控系统中。在运行中给操作人员提示，指导用户进行操作，了解设备状态，判断故障发生原因，并可给出相应的维修建议。用户也可以对故障诊断进行指导和修正。
5结束语
按以上故障诊断原理构造的故障诊断系统在火电厂输煤PLC控制系统中得到了应用。从实际运行来看，故障诊断系统能准确而迅速地判断出故障的原因，方便运行人员维护和检修，大大地提高了控制系统的稳定性和智能化水平。这种设计对类似的工业控制系统提供了一定的参考。
视频故障诊断系统
视频故障诊断系统基于先进的计算机视觉技术、网络技术、图形图像处理技术，通过对各类视频设备数据进行采集、分析，实现对网络故障、存储故障、以及图像出现的雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡、信号丢失和云台失控等故障，做出准确诊断和多种手段报警。该系统同时具备电子化的故障维护、跟踪和考核流程，并提供多维分析统计功能，为监控系统的稳定运行保驾护航。
视频故障诊断系统可广泛应用于政府、公安机关、电信、金融、机场、地铁、交通、博物馆、学校等行业和场所。
主要功能
视频故障诊断系统的功能设计是针对监控系统的前端设备状态、PTZ控制、传输线路、图像质量、视频存储等各个监控环节进行全流程、全方位的检测功能的应用开发。
特点优势
一站式的全流程应用
视频故障诊断系统提供设备的故障自动诊断→诊断到故障后的自动告警→故障派单维修跟踪处理→报表统计一站式的全流程应用。通过电子化的手段，对设备的故障发现、报修、维修、反馈、统计形成闭环。
兼容性、扩展性强
视频故障诊断系统支持对行业内主流DVR、NVR、DVS、IPCamare、视频服务器等设备的检测，也支持对模拟视频信号的接入检测。采用SOA技术，符合J2EE规范，使系统功能扩展方便、快速。
统计分析功能丰富
视频故障诊断系统提供完善的统计分析功能，用户可以按照故障率、故障类型、设备型号、终端设备分布区域、客户、地区、维护、行业等进行多维度分析，并支持柱状图、饼图、折线图等显示方式，支持固定报表和自定义报表格式。
丰富扩展接口
视频故障诊断系统提供丰富的业务扩展接口中，可轻松实现与GIS系统、OA系统、语音通信系统的融合。
可靠性及安全性
视频故障诊断系统检测服务器具备负载均衡、智能路由功能，并且自带心跳及看门狗程序，保证系统自身状态检测及安全稳定的运行。
汽车远程故障诊断系统
现代电子控制技术已渗透到汽车的各个组成部分，汽车的结构变得越来越复杂，而Internet随着全球信息化进程的推进得到了飞速的发展，这就为汽车维修行业间的资源共享，信息交流提供了快捷和自由的途径，也使建立一个基于车载信息平台的开放性的汽车远程故障诊断系统成为可能。因为汽车位置的不确定性，不可能通过有线的方式连接到Internet上，而GPRS作为一种比较成熟的无线数据传输技术，恰好可以弥补上述缺点。通过车载信息平台上的GPRS模块，就可以实现和Internet的无线连接，从而为汽车的远程故障诊断系统提供了最基本的技术保证。
目前，在汽车工业发达的国家，车载信息平台和导航服务项目已经逐渐成为标准配置。与此同时，汽车制造商正规划着信息服务的下一个发展阶段：使每辆汽车能够通过Internet与特约汽车维修厂进行数据通讯。在不久的将来，汽车制造商通过Internet或移动电话可以告知汽车驾驶员，他所拥有汽车的下一次检测日期;当汽车“抛锚”时，不管该车是处于什么地方，他都能够获得在线快速服务，并通过移动网络，让特约汽车维修厂能够随时知道他的汽车的运行和技术状况。
汽车专家将这类远程无线通讯服务看作是该行业一个非常重要的、极具前途的经营业务，汽车制造商并因此进一步提高对车主的服务水平，赢得更多客户的信任及潜在客户的兴趣和关注。
汽车远程故障诊断系统的结构
汽车远程故障诊断系统的工作过程为：用户通过车载信息平台对汽车上的控制模块进行数据采集和状态监测后向远程诊断服务中心发出远程诊断请求;服务中心经权限检验后，对用户请求做出响应，启动相应功能模块，开始诊断工作，并借助网络与用户进行实时的信息交互传递。
车载信息平台的远程诊断功能
车载信息平台的工作过程是：用户通过键盘向车载信息平台发出进行远程诊断的指令，嵌入式处理器通过与车内其它功能模块的进行通信，获得车内各系统的工作状态，将这些数据存储在存储器中;然后再通过无线传输模块向远程故障诊断服务中心的请求诊断服务，请求得到允许后，车载信息平台将存储在存储器中的车辆工作状态数据和故障代码信息发送到远端的诊断服务器;诊断服务器收到数据后进行诊断分析，将诊断结果返回，车载信息平台将接收到的诊断结果进行显示，从而达到诊断的目的。
车载信息平台与远程故障诊断中心的通信
要实现远程诊断，必须要有远程通信技术的支持才有实现的可能。由于汽车的位置是不确定的，所以不可能通过有线的方式联接到Internet，这样要进行远距离数据传输就需要依靠无线通信。常用的无线通信实现方式有：
(1)利用现有的通信网络(GSM/GPRS、CDMA移动网等)和相应的无线通信产品;
(2)通过无线收发设备，如无线Modem、无线网桥等专门的无线局域网;
(3)利用收发集成芯片在监测站端实现电路板级与监控中心的无线通信。