工業(yè)自動控制系統(tǒng)的故障檢測與診斷方法

楊軍

摘 要：高速公路的管理本著誰投資、誰建設(shè)、誰管理的原則，在社會主義市場經(jīng)濟(jì)活動過程中，故障診斷系統(tǒng)是一種用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的自動診斷系統(tǒng)。它是由數(shù)據(jù)采集器采集的振動信號頻譜的主要輸入數(shù)據(jù)，故障檢測與診斷系統(tǒng)可以在線監(jiān)測整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性開辟了新的途徑。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動控制系統(tǒng)；故障檢測；診斷方法

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 故障檢測與診斷領(lǐng)域研究現(xiàn)狀

1.1 模型誤差和系統(tǒng)不確定度的研究。基于數(shù)學(xué)模型的FDD系統(tǒng)的研究已日趨完善，但其診斷性能（如靈敏度，魯棒性，實(shí)時）仍有待提高。

在該方法中，模型的不確定性的魯棒性差，系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性是高的，特別是對非結(jié)構(gòu)化的不確定性。系統(tǒng)的魯棒故障診斷是急需解決的問題。

1.2 目前，對于時滯系統(tǒng)故障檢測與診斷研究成果還很少，還有許多問題有待進(jìn)一步研究系統(tǒng)故障檢測與故障診斷的研究成果未見報道。

1.3 對線性參數(shù)變化系統(tǒng)故障檢測與診斷問題的研究剛剛起步，還有許多問題有待于深入研究。

1.4 混合動態(tài)系統(tǒng)的故障檢測與診斷。混合動態(tài)系統(tǒng)（HDS）是指從共存的物品的新連續(xù)特性協(xié)助一個復(fù)雜系統(tǒng)的相互作用，由于混合動力系統(tǒng)的研究是一個剛剛起步的新領(lǐng)域。因此，對該類系統(tǒng)的故障檢測與診斷有許多研究。

1.5 非線性系統(tǒng)的故障檢測與診斷問題非常有限。線性模型不能用于非線性系統(tǒng)，它是基于小偏差理論進(jìn)行局部線性化得到的線性化模型不能用于PDD，由于系統(tǒng)的工作點(diǎn)在實(shí)踐中發(fā)生了變化，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效地融合了動態(tài)趨勢的信息，并在一定程度上避免了傳統(tǒng)故障診斷方法的不足，減少了故障檢測與診斷的延遲。

2 車道外圍設(shè)備及工作原理

2.1 線圈檢測器及車道線圈

車道環(huán)形線圈由專用電纜繞幾匝及其饋線構(gòu)成，它通過一個變壓器接到被恒流源支持的調(diào)諧回路，有源環(huán)形線圈構(gòu)成LC調(diào)諧回路的電感部分，并在線圈周圍的空間產(chǎn)生電磁場。當(dāng)含有烏鐵金屬的車體進(jìn)入線圈磁場范圍，車輛鐵構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生自成閉合回路的感應(yīng)電渦流；此渦流又產(chǎn)生與原有磁場方向相反的新磁場，導(dǎo)致線圈的總電感變小，引起調(diào)諧頻率偏離原有數(shù)值；偏離的頻率被送到相位比較器，與壓控振蕩器頻率相比較，確認(rèn)其偏離值，從而發(fā)出車輛通過或存在的信號。常用的線圈檢測器如圖1所示。

車道地感線圈布設(shè)有兩組：一組安裝在收費(fèi)亭窗口下方的路面上，其功能是車輛駛?cè)胲嚨篮?，觸發(fā)地感線圈的電感變化，使車道計(jì)算機(jī)得到車輛駛?cè)胄盘枺瑢囕v進(jìn)行計(jì)數(shù)；通過計(jì)算機(jī)的多媒體抓拍采集駛?cè)胲嚨赖能囕v圖像，上傳到監(jiān)控室圖像管理機(jī)。另一組安裝在欄桿下方，其功能是車輛駛離車道后，觸發(fā)地感線圈的電感變化，車道線圈檢測器發(fā)出車輛離開信號，收費(fèi)系統(tǒng)自動發(fā)出落桿指令。車道線圈的埋設(shè)布置如圖2所示。

2.2 ETC入口車道工作流程

車輛進(jìn)入通訊范圍，首先壓到路側(cè)天線的前觸發(fā)線圈，啟動讀寫天線。判斷車輛是否攜帶OBU，若攜帶，則讀寫天線與OBU進(jìn)行通訊，判斷其是否為浙江省內(nèi)發(fā)行的OBU，編號和使用期限是否有效，若有效，則讀取OBU內(nèi)包含的車輛參數(shù)信息。接下來，判斷OBU攜帶的CPU卡的發(fā)行方、卡編號、卡類型、卡的使用期限是否有效，卡是否與OBU對應(yīng)，若有效，入口信息寫入CPU卡中，自動欄桿打開，通行信號燈變綠。車輛壓到路側(cè)天線的后觸發(fā)線圈，天線關(guān)閉。車輛向前行駛，觸發(fā)到抓拍線圈，系統(tǒng)進(jìn)行圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像中。車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，通行信號燈變紅。系統(tǒng)保存交易記錄，并將其上傳至收費(fèi)站服務(wù)器中，等待下一輛車進(jìn)入。如果上述有效性判斷未通過，則系統(tǒng)報警提示工作人員將該車輛引入附近的人工收費(fèi)車道處理。

2.3 ETC出口車道工作流程

車輛進(jìn)入通訊范圍，首先壓到路側(cè)天線的前觸發(fā)線圈，啟動讀寫天線。判斷車輛是否攜帶OBU，若攜帶，則讀寫天線與OBU進(jìn)行通訊，判斷其是否為浙江境內(nèi)發(fā)行的OBU，編號和使用期限是否有效，若有效，則讀取OBU內(nèi)包含的車輛參數(shù)信息。接下來，判斷OBU攜帶的CPU卡的發(fā)行方、卡編號、卡類型、卡的使用期限是否有效，卡是否與OBU對應(yīng)，若有效，讀取CPU卡中攜帶的入口信息，判斷入口站編碼是否有效、入口時間是否超時，若信息有效，系統(tǒng)自動計(jì)算收費(fèi)額，并將出口信息回寫入CPU卡中，自動欄桿打開，通行信號燈變綠，車輛壓到路側(cè)天線的后觸發(fā)線圈，天線關(guān)閉。車輛向前行駛，觸發(fā)到抓拍線圈，系統(tǒng)進(jìn)行圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像中。車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，通行信號燈變紅。系統(tǒng)保存交易記錄，并將其上傳至收費(fèi)站服務(wù)器中，等待下一輛車進(jìn)入。與入口ETC車道相同，以上任意有效性判斷未通過，則系統(tǒng)報警提示工作人員將該車輛引入附近的人工收費(fèi)車道處理。

3 收費(fèi)系統(tǒng)安全管理

3.1 數(shù)據(jù)庫安全管理

（1）及時升級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全補(bǔ)丁，堵塞系統(tǒng)安全漏洞。

（2）設(shè)置必要的帳戶密碼，特別是超級用戶的密碼。

（3）制定數(shù)據(jù)管理制度。對數(shù)據(jù)實(shí)施嚴(yán)格的安全與保密管理，防止系統(tǒng)數(shù)據(jù)的非法生成、變更、泄露、丟失及破壞。

（4）制定數(shù)據(jù)庫備份策略，定期備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

（5）外來數(shù)據(jù)輸入收費(fèi)系統(tǒng)或收費(fèi)數(shù)據(jù)向外發(fā)布，均嚴(yán)格按規(guī)定流程操作，并保證這一過程不使收費(fèi)系統(tǒng)感染病毒或與公網(wǎng)建立直接的連接。

3.2 系統(tǒng)登錄控制和安全策略

（1）制定恰當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)登陸策略，收費(fèi)系統(tǒng)除管理員外禁止無關(guān)人員登陸。系統(tǒng)登陸口令定期更換。

（2）對系統(tǒng)補(bǔ)丁更新、軟件安裝等操作前進(jìn)行系統(tǒng)備份，確保操作系統(tǒng)能及時恢復(fù)。

（3）防止收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)被非法侵入，通過防火墻、路由器的設(shè)置使收費(fèi)網(wǎng)只允許已授權(quán)的IP地址或地址段進(jìn)行訪問。

（4）安裝必要的檢測軟件或硬件設(shè)施，檢查和報告網(wǎng)絡(luò)流量異常。

（5）建立機(jī)房管理制度，對進(jìn)出機(jī)房人員及其操作進(jìn)行詳細(xì)登記。防止強(qiáng)磁、強(qiáng)電、危險性液體等危及系統(tǒng)安全運(yùn)行的物體帶入機(jī)房。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案制定和實(shí)施

（1）針對本地實(shí)際，制定雷擊、電源損壞、洪水地震等突發(fā)災(zāi)害的應(yīng)急預(yù)案。應(yīng)急預(yù)案應(yīng)包括應(yīng)急人員組成、臨時措施實(shí)施步驟、設(shè)備恢復(fù)次序、設(shè)施調(diào)配方式等內(nèi)容。

（2）收費(fèi)系統(tǒng)在特殊情況下，可降低服務(wù)水平，提供基本通行收費(fèi)服務(wù)，如車道系統(tǒng)暫時停用自動欄桿、信號燈；計(jì)重系統(tǒng)臨時改為按車型收費(fèi)或標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量收費(fèi)；ETC車道暫時改為人工車道等。待系統(tǒng)設(shè)備恢復(fù)后再逐步啟用原有服務(wù)。

（3）應(yīng)急預(yù)案應(yīng)定期演練，使各級參與人員都熟練掌握處理過程，防止在緊急情況出現(xiàn)時驚慌失措。通常一年應(yīng)演練1～2次。

結(jié)語

本文所述了工業(yè)自動控制系統(tǒng)的故障檢測與診斷方法，但由于現(xiàn)代傳感器技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合，該系統(tǒng)的故障檢測與診斷已成為一種非常強(qiáng)大的生命力，將為企業(yè)提高生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性提供越來越有力的支持。

參考文獻(xiàn)

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