基于插件技術(shù)的微機監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)平臺研究

陳芳慧

摘要：鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)是保證行車安全，監(jiān)測鐵路信號設(shè)備運用質(zhì)量的支持系統(tǒng)。目前的診斷系統(tǒng)對設(shè)備異常和故障事件的實時分析以及診斷支持水平還很低下，沒有能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)自動分析處理并給出處理意見的專家系統(tǒng)功能。因此很有必要在現(xiàn)有存在的檢測系統(tǒng)上，分析基于微機監(jiān)測檢測智能化系統(tǒng)的解決辦法，該文通過對插件技術(shù)的分析應(yīng)用，結(jié)合目前微機監(jiān)測平臺的問題對平臺系統(tǒng)重新設(shè)計架構(gòu)，并總結(jié)了新架構(gòu)下平臺的優(yōu)點，基本解決了現(xiàn)有平臺的不足。

關(guān)鍵詞：微機監(jiān)測；故障診斷；插件

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）29-0001-03

鐵路微機監(jiān)測系統(tǒng)是一個實時系統(tǒng)。它能夠?qū)崟r跟蹤記錄并反映出信號設(shè)備的運行情況，并應(yīng)該能夠根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)自動調(diào)整分析，得出較為準(zhǔn)確的故障結(jié)果，及時提示預(yù)警。但目前實際使用中的微機監(jiān)測平臺都還不具備故障診斷給出意見的智能功能?，F(xiàn)有微機檢測系統(tǒng)存在的問題有：

1）微機監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)沒有很好的處理利用。由于微機監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)涉及的面廣、量大，僅僅靠現(xiàn)場工作人員憑借經(jīng)驗分析，不僅工作量大，而且不能夠?qū)?shù)據(jù)整合處理分析，延誤故障處理，甚至導(dǎo)致潛在故障的發(fā)生。

2）不能夠進行故障點判斷和故障分析處理指導(dǎo)意見。目前的微機監(jiān)測系統(tǒng)只能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)以曲線圖的形式呈現(xiàn)，與正常的曲線圖做一比較，之后的故障分析，還是得靠有現(xiàn)場經(jīng)驗的工作人員依據(jù)經(jīng)驗來分析判斷，不能脫離人為因素，而且人為因素在故障診斷時占主導(dǎo)地位，非常有可能造成故障診斷出錯，這種微機故障診斷平臺非常不智能化。

3）不能預(yù)警潛在故障危機。正是由于2）中不能脫離人為因素，故只有在故障發(fā)生之后才開始補救，沒有在故障發(fā)生之前就能將故障排除，這種情況造成的經(jīng)濟成本可想而知。

基于以上總結(jié)的現(xiàn)有微機監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題，開發(fā)一個智能化微機監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)是鐵路電務(wù)段非常需要的。

1微機監(jiān)測故障診斷平臺的功能需求

針對目前微機監(jiān)測平臺存在的問題，總結(jié)提出微機監(jiān)測故障診斷平臺的功能需求。

正常情況下：

1）實時電流圖的跟蹤監(jiān)視；

2）自動記錄入庫電流數(shù)據(jù)和各開關(guān)量采集點信息；

3）異常報警；

4）人機聯(lián)系，有異常情況及時給相關(guān)負(fù)責(zé)人電話報警。

事故的監(jiān)測和處理：

1）事故時可以快速采集電流數(shù)據(jù)；

2）綜合分析故障原因，打印故障發(fā)生時間，設(shè)備狀態(tài)，故障電流等相關(guān)數(shù)據(jù)，為工作人員后續(xù)處理故障提供數(shù)據(jù)分析支持和建議；

3）將各種故障電路圖入庫，以實現(xiàn)故障具體定位。尤其要以時間為依據(jù)，按月，季度，年進行分析。

2微機監(jiān)測故障診斷平臺系統(tǒng)故障診斷方法

鐵路信號設(shè)備故障種類繁多，按照設(shè)備類型大致可以分為道岔電流故障，軌道電路故障以及電源故障等。微機監(jiān)測系統(tǒng)一般利用計算機和信息采集機對模擬量和開關(guān)量進行監(jiān)測。故障診斷一般采取以下方法：

1）數(shù)據(jù)曲線對比。通常情況下，我們是將故障曲線與正常曲線進行對比分析，最好是在同一坐標(biāo)下，這樣便于工作人員進行分析判斷

2）綜合情況進行判斷。因為有時信號設(shè)備的故障發(fā)生原因不是單一類型的，很有可能是多個問題的疊加。所以有必要結(jié)合之前的情況進行綜合判斷，需要結(jié)合之前的情況動態(tài)回放，綜合分析得出結(jié)果。

3）借助專家診斷系統(tǒng)輔助分析。應(yīng)用這一功能的前提是專家?guī)炖锼囊庖姺治鲆銐蛟敿?xì)，這需要不斷地擴充改進完善專家?guī)煜到y(tǒng)。

3“平臺-插件”設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

由上述微機監(jiān)測平臺現(xiàn)存的諸多問題以及平臺功能需求，亟待開發(fā)出一種靈活兼顧可擴展重用的軟件系統(tǒng)，它的基礎(chǔ)功能應(yīng)該有以上常用故障診斷方法。基于面向組件的開發(fā)技術(shù)恰恰滿足了這種需求。組件化程序開發(fā)技術(shù)是一種結(jié)合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)優(yōu)點的新型軟件開發(fā)技術(shù)，它更側(cè)重于系統(tǒng)整體性。它的主要設(shè)計理念是將復(fù)雜化的軟件分解成為若干功能組件，不限開發(fā)語言與環(huán)境，最終各個組件通過定義好的協(xié)議接口能夠有效的組織在一起而完成任務(wù)就可以。插件技術(shù)是組件技術(shù)的一種典型代表，它要比com組件技術(shù)簡單。插件技術(shù)的實現(xiàn)以動態(tài)鏈接庫（DILL）為目前最優(yōu)方案，它更為靈活，開發(fā)速度更快。本文利用插件技術(shù)的特點，對現(xiàn)有微機監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)進行新的架構(gòu)設(shè)計。

我們主要利用插件技術(shù)的特點，將一些可重用的模塊做成插件，不同故障類型可以通過定義具有通用接口的應(yīng)用插件實現(xiàn)。故障診斷并給出分析意見可以通過統(tǒng)一的插件宿主程序?qū)收喜寮慕馕雠c動態(tài)調(diào)用實現(xiàn)。專家?guī)煲部梢宰鳛橐粋€插件模塊，插件之間可以通過宿主程序在規(guī)定好的接口協(xié)議范圍內(nèi)通信，更好的得出結(jié)果?；诖藢ΜF(xiàn)有系統(tǒng)進行重新架構(gòu)。

1）故障診斷平臺宿主程序

插件技術(shù)通過把軟件的需求和功能進行劃分，把基礎(chǔ)的功能需求放在宿主程序中。鐵路微機監(jiān)測故障診斷平臺中，應(yīng)該有基本的實時電流圖顯示功能，電流數(shù)據(jù)曲線回放功能，電流數(shù)據(jù)錄入分析診斷功能等，而這些功能其實都是一個界面顯示的功能，可以通過插件本身來完成，宿主平臺只需要調(diào)用他們即可，所以宿主平臺起到了一個顯示屏的作用。宿主程序它只是一個插件的骨架，通過掃描插件的位置，并且匹配該插件是否符合規(guī)定的插件接口標(biāo)準(zhǔn)來判斷其是否是該系統(tǒng)的插件，進而能夠加載插件。它必須為支持插件提供插件管理功能以及協(xié)調(diào)各插件。主要的實現(xiàn)功能應(yīng)該是由具體的插件實現(xiàn)的。其中，主程序部分應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)注冊/反注冊插件，啟用/禁用插件，顯示插件基本功能信息，配置插件參數(shù)。

2）故障診斷平臺插件模塊

插件模塊應(yīng)有專家?guī)欤啦砉收蠋?，軌道故障庫等故障庫等。它們實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的所有功能。其中故障診斷應(yīng)以現(xiàn)有的最優(yōu)算法給出結(jié)果，配合專家診斷，最終得出較為合理的診斷結(jié)果和維護意見。它的實現(xiàn)過程是，首先定義一個名為IPlugin的類，作為通用插件模塊的接口。它不需要定義任何公共的方法和屬性，然后以此為父節(jié)點，然后依次定義接口，當(dāng)然就相似模塊也可以依次繼承。在這里，實現(xiàn)以動態(tài)鏈接庫（Dy-namic link library，DLL）的形式。具體的插件模型結(jié)構(gòu)圖如下：

該故障模塊插件主要有IPlugin，IData，IView，以及IMethods接口。1）IPlugin的作用是身份識別。它包含了插件的基本信息，如插件名稱，版本信息，插件描述，工具欄等相關(guān)資源，以及主程序?qū)Σ寮M行操作時的相關(guān)方法。2）IData接口的作用是數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)插件模塊被識別并加載運行之后，通過操作系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)庫引擎從故障數(shù)據(jù)庫中讀取所需數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換到內(nèi)存中的動態(tài)數(shù)據(jù)庫以及故障診斷所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，完成數(shù)據(jù)的輸入。3）IView的作用是用視圖顯示的功能將數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果以曲線的形式反映出來。并且，在需要錄入數(shù)據(jù)的時候，完成數(shù)據(jù)的輸入，即人機交互的功能體現(xiàn)與此。（4）IMethods的作用是提供處理數(shù)據(jù)所需的算法，數(shù)據(jù)通過它提供的算法處理后得出結(jié)果。以上四個接口相互配合完成工作。

3）接口設(shè)計

采用插件技術(shù)最為重要的就是接口設(shè)計。這里的接口設(shè)計應(yīng)該包括兩個部分的內(nèi)容，一個是宿主程序的接口設(shè)計，另外一個當(dāng)然就是插件接口的設(shè)計。插件接口實現(xiàn)了宿主程序?qū)Σ寮闹饕僮?。核心代碼如下：

class IPlugin{

//插件接口

public：

CString IPlugin_name；//插件名稱

CString IPlugin_vertion；//插件版本

CString IPlugin_description；//插件描述

IHugin0{}

virtualintRegister（）=0；//注冊插件，成功返回0

virtualintUrrregister（）=0；//反注冊插件，成功返回0

…//插件資源

void Initialize（）；//插件初始化設(shè)置

void Dispose（）；//清除插件資源

}；

IPlugin是插件的接口，里面定義了插件的名稱，版本，描述，以及各種資源。可根據(jù)情況進行加載和刪除。它定義了宿主程序?qū)Σ寮乃谢A(chǔ)操作方法。

BOOL IPluginHost（void**pHost）//宿主程序接口函數(shù)

{

*pHost=new CPlugDaocha；//CPlugDaocha公有派生于純虛類IPlugin

return*pHost！=HULL；

//其他方法函數(shù)

}

IPluginHost是宿主程序的接口，由于它的作用它必須是公有的，用于在主程序里創(chuàng)建插件對象，實現(xiàn)對插件的調(diào)用。CPlugDaocha是插件程序里的動態(tài)鏈接庫的一個類，即道岔故障類，由主程序里的插件基類（相當(dāng)于接口，是純虛類）派生而來，提供插件的基礎(chǔ)功能。IPluginHost作為主程序的接口函數(shù)，向插件提供插件對宿主程序的所有操作方法。

在完成各種準(zhǔn)備工作后可以并行進行插件與宿主程序的開發(fā)，最后完成各部分的單獨調(diào)試以及連接調(diào)試就可以。同時需要注意的是，宿主程序雖然功能比較簡單，但是最主要是有掃描發(fā)現(xiàn)插件并能夠加載運行的功能。

4）插件實現(xiàn)

本文中的插件實現(xiàn)以動態(tài)庫的形式實現(xiàn)，開發(fā)平臺為VC++。這里的插件都是基于IPlugin類的，這樣就統(tǒng)一了插件的接口標(biāo)準(zhǔn)，然后在宿主程序接口中創(chuàng)建實例，從而完成對插件的調(diào)用，當(dāng)然，這只是實例的創(chuàng)建，在資源方面，還是要以動態(tài)庫的形式調(diào)用，這主要同過動態(tài)庫的導(dǎo)出函數(shù)來實現(xiàn)，核心代碼如下：

LIBRARY“CPlugDaocha”

DESCRIPTION‘…

EXPORTS

IPluginHost@1

這段代碼首先定義了加載的插件名稱，然后通過函數(shù)IPI-uginHost來創(chuàng)建插件對象。進而完成插件的功能。

4總結(jié)

由于鐵路對微機監(jiān)測系統(tǒng)的使用需求很高，但實際中現(xiàn)有的微機監(jiān)測系統(tǒng)無論從系統(tǒng)架構(gòu)，使用的通信協(xié)議，以及各個廠家的微機監(jiān)測系統(tǒng)又有區(qū)別，使得目前使用的微機監(jiān)測系統(tǒng)情況頗為復(fù)雜。采用插件技術(shù)是可以解決這些問題的，總結(jié)如下：

1）可以不考慮編程環(huán)境和語言，用通用的接口開發(fā)，使得開發(fā)過程更為方便。

2）在一定程度上克服了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。因為各個模塊之間是獨立的，所以如果出現(xiàn)其中的某個模塊失靈，也不會對整個系統(tǒng)造成大的影響。

3）更容易擴展程序和功能?？梢詫⑽C監(jiān)測和故障診斷巧妙地結(jié)合起來，通過模塊的形式將診斷插入，不僅靈活增加了系統(tǒng)功能，更加方便了修改。