煤矿设备诊断平台.pdf

煤矿机电设备故障诊断集成平台设计 李 蒙 1, 2 ,王 聪 1 ,柏杏丽 1 1. 中国矿业大学北京机电与信息工程学院,北京100083; 2.洛阳理工学院 计算机系,河南 洛阳471003 摘 要为了提高和改善煤矿企业安全生产水平,设计了煤矿机电设备故障诊断集成平台。系统 采用面向服务架构,用服务来进行事件驱动。用Web service接口对不同设备异构的故障诊断程 序进行封装,使各个设备的故障诊断程序可以集成于一个平台。提高了煤矿机电设备的故障诊 断手段,能指导维修人员准确、 及时发现故障原因,避免重大生产事故的发生。 关键词故障诊断;集成平台;Web service 中图分类号 TD672 文献标识码B 文章编号 1003 - 496X2008 02 - 0059 - 03 基金项目国家安监总局安全生产科技发展计划项目17 - 153 1 概 述 煤炭是我国的主要能源,其消费量占能源总消 费量的75 ,在国民经济中具有重要的战略地位。 煤炭工业作为国民经济发展的基础,安全生产状况 直接影响到整个产业的可持续发展。近些年来,经 过各方面的共同努力,煤矿安全生产状况总体稳定、 趋于好转,但形势依然严峻。减少煤矿设备故障是 避免重大安全生产事故的重要手段,因此煤矿安全 生产“ 十一五 ” 规划确定煤矿机电设备保障工程作 为重点研究工程。 煤矿机电设备保障工程建立的基础是建立一个 机电设备故障诊断集成平台,煤矿机电设备种类多, 设备故障检测软件庞杂。机电设备故障诊断集成平 台建设过程中需要集成新设备的故障诊断系统和一 些已有设备的异构故障诊断系统,如提升机故障诊 断系统、 风机故障诊断系统等。并且应该方便和以 后增加的设备诊断系统之间的集成,如新型架线电 机车故障诊断系统等。因此,需要建设一个稳定的、 松耦合的设备故障诊断集成平台来支撑煤矿企业中 的异构故障诊断系统的集成。 2 设备故障诊断集成平台实现方案 Web Services技术为实现设备故障诊断集成平 台提供很好的解决方案,Web Service是为解决在 Internet/ Intranet环境下,松散耦合的Web服务之间 进行相互调用、 互相集成而设计的技术框架。它最 基本的特征是服务模型,以统一数据描述XML为 基础,以UR I来定位服务,以WSDL来描述该服务。 采用SOA架构的设备故障诊断集成平台,可以将一 个煤矿机电设备故障诊断应用系统中需要被其他故 障诊断应用系统使用的功能包装并发布成Web服 务,这并不影响原有应用系统的功能,保持系统的本 来面貌。同时,不同的故障诊断应用系统之间可以 无缝地互连互通,例如在风机故障系统中直接使用 配电故障系统中的功能,解决故障信息孤岛,将煤矿 机电设备故障间的耦合关系,通过集成平台统一管 理。 煤矿机电设备故障诊断集成平台大致可以分为 5个可彼此独立又相互作用的软件组件,包括故障 诊断服务引擎、 数据库服务器、 故障诊断推理引擎、 应用服务器和设备故障诊断服务单元。组件之间采 用Web service的接口模式进行集成和接口。完成 服务请求与调用过程。软件系统逻辑结构图如图1 所示。 故障诊断服务引擎是煤矿机电设备故障诊断集 成平台的服务集成和管理者,它对设备故障诊断服 务单元进行服务注册和发布管理,同时控制和管理 来自应用服务器的各种设备故障诊断服务请求。当 用户请求相应的设备故障诊断服务时,故障诊断服 务引擎将服务调用者信息路由至相应的设备故障诊 断服务单元,并在设备故障诊断服务单元完成相关 过程调用后将结果返回给服务请求者。 数据库服务器承担专家系统的所有关键数据存 储,包括4个数据库知识数据库、 标准数据库、 模型 数据库和元数据库。知识数据库存放专家知识、 案 例和推理决策规则等数据;标准数据库存放各种已 制定标准的信息,包括技术标准和管理标准;模型数 95 技术经验 煤 矿 安 全2008 - 02 图1煤矿机电设备故障诊断集成平台逻辑结构图 据库为设计、 建模软件模块提供模型信息存取服务; 元数据库存取系统基本和必要信息。 推理决策服务引擎为专家系统提供推理决策的 智能核心算法模块和服务。包含推理机、 解释程序、 知识获取程序、 人机接口等模块。完成智能学习、 推 理、 决策等功能,并根据学习结果不断地完善知识数 据库的推理和决策规则。当应用服务器和设计服务 引擎请求推理决策服务时,推理服务决策引擎能够 及时准确相应的服务调用并返回结果。 应用服务器是终端使用者的门户,为最终用户 提供一个统一集成化的设备故障诊断界面。录入人 员通过应用服务器完成相应的故障信息输入,取得 相应的诊断结果。应用服务器大致包含以下几个模 块 http /httpsweb服务,诊断、 分析、 建模、 管理、 建 立知识库U I,逻辑和服务调用、 数据库及Web serv2 ice接口。 设备故障诊断服务单元是针对各设备的故障诊 断软件组件,它以Web service的方式由设计服务引 擎统一注册、 发布和管理。调用者将通过故障诊断 服务引擎的统一协同取得相应的服务和取得服务结 果。设备故障诊断服务单元包括风机故障诊断、 配 电系统故障诊断、 提升机故障诊断、 架线电动机故障 诊断等专业故障诊断软件。 3 集成平台接口设计 煤矿机电设备故障诊断集成平台采用的Web service接口,Web service具有三大要素 SOAP、WS2 DL和UDD I。SOAP为服务提供者设备故障诊断 服务单元和使用者设备故障诊断应用服务器提 供通信协议,WSDL为使用者和服务提供者提供数 据交换接口及服务描述机制。UDD I为服务提供者 提供注册机制,为使用者提供发现机制。 SOAP simple object access protocol是一种开放 的应用层通信协议标准,Web service通过它完成消 息传递,是一种基于XML独立于平台和编程语言的 协议,简单而易于扩展,因为它建立于http之上,所 以能顺利通过防火墙。煤矿机电设备故障诊断集成 平台与设备故障诊断服务单元通过SOAP协议进行 交互和数据交换。 WSDL Web ServicesDescription Language是一 个XML文档,用于描述Web service及定位Web service,Web service的开发工具可以根据WSDL生 成Web service server和client实现接口。煤矿机电 设备故障诊断集成平台利用WSDL定位和实现与 06 煤 矿 安 全Total 399 技术经验 设备故障诊断服务单元的接口和数据交换。WSDL 的主要元素如表1所示。 表1 WSDL的主要元素 元素定义 Web service所定义的操作 web service所用的消息,即web service操作所 需的数据 web service所用的数据类型 web service所使用的通信协议和消息的格式 UDD IUniversalDescription, Discovery and Inte2 gration是统一描述、 发现和集成协议。UDD I采用 SOAP进行通信,提供Web services信息目录服务, 是WSDL所描述的Web service接口目录。煤矿机 电设备故障诊断集成平台利用UDD I索引和管理设 计单元所提供的服务。 4 设备故障诊断服务单元接口封装 设备故障诊断服务单元与煤矿机电设备故障诊 断集成平台之间的接口采用Web service。Web service采用开放的通信协议SOAP进行通信,是一 种自我包容、 自我描述的接口形式。是一种面向服 务便于集成的接口。服务提供者采用Web service 标准,将自己基础应用组件以web服务的方式发布, 服务使用者根据Web service的描述创建自己的应 用与这些基础服务的接口并使用。 各设备故障诊断服务单元仅需将各自的基本函 数或类等进行Web service封装,设备故障诊断服 务单元可自已定义所提供的服务操作类型及其 数据格式。应用服务器根据设备故障诊断服务单元 的WDSL建立相应的接口函数,并使用设备故障诊 断服务单元所提供的服务操作。 煤矿机电设备故障诊断集成平台的实现可以归 纳为三个步骤 1设备故障诊断服务单元规划接口操作函 数。 2设备故障诊断服务单元对接口操作函数 进行Web service封装。 3设备故障诊断服务单元发布对应的WDSL 文件和Web service服务。 5 结 论 采用SOA架构的煤矿机电设备故障诊断集成 平台,充分体现了面向服务架构系统的优势,故障诊 断以服务的形式发起,并以收到服务结果诊断报告 结束,对用户完全透明,便于使用和推广。采用 Web service为接口,能够将多种异构的故障诊断程 序的分布集成在一个平台上,便于统一管理和信息 共享。煤矿机电设备故障诊断集成平台为煤矿企业 设备故障诊断提供一个高效的平台,为煤矿企业安 全生产提供了有力保障。 参考文献 〔1〕 谭立球,费耀平,李建华.一个异构数据源集成系统的 实现〔J〕.计算机科学. 2004, 31z1 130 - 133. 〔2〕 何 鹏.基于知识管理的煤炭企业风险集成平台建设 〔J〕.煤炭经济研究. 20076 49 - 51. 〔3〕 李 飒.基于数据仓库的煤矿安全信息管理系统设计 〔J〕.煤矿安全. 2007, 382 60 - 62. 〔4〕 韩 捷,张瑞林.旋转机械故障机理及诊断技术〔M〕. 北京机械工业出版社, 1997. 〔5〕 荊 波,董 晶,史美林.面向服务的业务流程协作 与集成平台研究〔J〕.通讯学报, 2006, 27 11 19 - 23. 〔6〕 孙 伟,李小彭,于 涛,等.面向可视化设计的软件 集成策略研究〔J〕.机械制造, 2006, 4410 18 - 21. 作者简介李 蒙1973 - ,男,河南洛阳人,讲师,博 士生;研究方向工业控制及人工智能。 收稿日期 2007 - 08 - 31;责任编辑金丽华 16 技术经验 煤 矿 安 全2008 - 02