[发明专利]一种面向大尺寸构件的分布式测量系统的智能故障定位方法

说明书

技术领域

本发明属于面向大尺寸构件的分布式网络测量技术领域，特别是一种面向大尺寸构件的分布式测量系统的智能故障定位方法。

背景技术

针对构件各项参数的测量系统经历了在零构件上的测量到对大型结构整体测量的发展。目前针对大型结构的整体测量中的方案主要有以下几种，一种是在工业现场环境下常用的基于CAN总线等标准化工业总线的测量架构，基于工业总线的测量方法存在的问题如下，其接线复杂、可靠性较低、标识和排错问题难以解决，同时因为所有引线电缆均需连接到机身下方的测量机柜，而通道数有限测量机柜制约整个系统的可扩展性；在国外，出现了一种能够保证高可靠性的特殊总线技术。该技术通过对线缆的集成降低了外部引线的复杂度，保证了数据传输的可靠性，但代价昂贵，数据采集通道少，在针对大规模节点测量和海量数据处理的测量系统中，由测量设备构成的测量成本就达到千万元人民币以上，因而限制了测量点数目。

传统的测量系统是在工业控制机或PC机上安装相应的数据采集设备，就地进行数据采集及测量分析，是一种单机本地化的测量系统。通过上面的分析可知单机本地化的测量系统已不能满足在大尺寸构件上的海量节点大规模测量的需求，需要从集中的孤立的组织结构形式变革为分布式的集成组织结构形式。工业局域网和Internet的出现，使得分布式系统在工业上的应用成为可能。

但是分布式测量系统在工业上仍未大量推广，其原因之一是缺乏一套智能化故障定位策略。目前所提出的几项故障定位方法及系统，如基于故障保护器的故障定位系统、基于CAN总线的故障定位系统以及基于专家系统的测量设备故障定位策略。这些方案主要针对较小规模的测量系统，大规模的测量系统中并不适用。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种面向大尺寸构件的分布式测量系统的智能故障定位方法，该方法在分布式测量网络中能够在数百条甚至上千条的多级测量线缆链路中迅速有效地确定测量点及线路的故障点，从而减少故障停机时间，提高了生产效率。

本发明的技术解决方案：分布式测量系统包括数据采集单元、数据传输单元和中央处理单元，其中数据采集单元包括测量传感器、采集模块和工业控制机，数据传输单元由以太网交换机级联组成，中央处理单元为高性能计算机；数据传输采用多传输链路冗余的策略。

本发明将针对该系统上的故障定位方法，将故障类型分为以下五种级别：单一节点级别、单一模块级别、单一链路级别、一组链路级别和整个链路级别。针对每一个级别的故障分别有相应的故障判断方法和追踪技术。

图2所示为单一节点级别的故障判断方法；某个测量节点(即一个测量传感器)上所出现故障分为两种类型，一种是测量传感器与采集模块之间的连接线路断开，此时采集点上的数据为连续的极限值(此时相当于链路发生开路，所采集到的电信号为无穷，转化成数字量则为量程的极限值)；另外一种是测量传感器处出现虚接的现象，表现为采集点上的数据为正常数据到极限值的不断跳跃。得到该测量节点的异常数据后，采集该节点数据的采集模块会将错误数据传递到工业控制机中，工业控制机进行预处理，分析节点故障类型，并且将故障节点的信息通过数据传输单元传递到中央处理单元。

图3给出了单一模块级别的故障判断方法；当某个采集模块出现故障，该采集模块上的数据不能够正常的传到工业控制机上做进一步处理，工业控制机则采集不到该模块上数据，由于各个采集模块都有编号，因此工业控制机可以得到模块的信息，并且将故障模块的信息通过数据传输单元传递到中央处理单元。

图4给出了单一链路级别的故障判断方法；当某条链路发生故障时，工业控制机不能够通过数据传输设备将采集并封装好的数据报文发送到中央处理单元，根据图1所示，存在冗余链路，因此工业控制机可以通过冗余传输设备将数据报文发出；对于中央处理单元而言，出现单一链路级别故障时收到的是冗余链路传过来的报文信息，通过对数据报文首部的分析，中央处理单元判断出故障类型。