[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

摘要

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，适用于包括数据采集单元、数据传输单元和中央处理单元的多层次分布式测量网络结构，以解决海量节点的分布式网络测量中查找故障位置比较费时，不能及时排除故障的问题。本智能故障定位方法分为数据采集单元故障定位和中央处理单元对整个系统故障定位两个阶段组成。数据采集单元故障定位针对节点级别和模块级别的故障进行预处理，并通过网络传输通知中央处理单元故障类型并定位；中央处理单元对整个系统故障定位除了获知节点级别和模块级别故障之外，还针对各级链路故障进行定位，能够统筹全局故障定位和故障精确警报。在分布式测量网络中应用此方法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，并采取有效措施，从而减少故障停机时间，提高生产效率。

主权项

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，其特征在于：所述故障分为五种类型：单一节点级别故障、单一模块级别故障、单一链路级别故障、一组链路级故障别和整个链路级别故障；所述单一节点级别故障是指某个测量节点，即一个测量传感器上所出现故障，它分为两种类型，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；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；所述单一模块级别故障是指：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；所述单一链路级别故障是指：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；所述一组链路级别故障是指：一组链路级别是指有多个同属于一个交换机的链路上同时出现故障，或者该底层交换机与顶层交换机的链路出现故障；当一组链路发生故障时，该组链路所连接的所有工业控制机均不能够通过正常链路将数据报文发送至中央处理单元，这时中央处理单元接收到这一组工业控制机传递的冗余链路传过来的报文信息；所述整个链路级别故障是指：中央处理单元接收不到任何数据，此时故障分为两种类型：一是整个数据采集系统尚未启动，仅仅中央处理单元启动，此时系统中没有任何数据产生；另一种情况则是顶层交换机处发生故障，无论采用正常传输设备还是冗余传输设备，工业控制机上所采集并封装的数据报文均无法正常的发送，这时，整个系统的数据都堆积在工业控制机上，导致整个测量系统崩溃；所述故障定位方法是针对所述五种故障进行，实现过程包括：数据采集单元故障定位阶段和中央处理单元对整个系统故障定位阶段；数据采集单元故障定位是在数据采集单元上的初步故障定位，仅负责判断单一节点级别和单一模块级别的故障，并将这两个级别的故障发送至中央处理单元；中央处理单元则不再进行定位单一节点级别和单一模块级别故障，而是直接采用接收到的数据采集单元故障定位信息，并且负责定位三种链路级别的故障，即单一链路级别故障、一组链路级故障别和整个链路级别故障；所述数据采集单元故障定位阶段实现步骤为：步骤1.1：将连接在工业控制机上的采集模块和采集模块上的AD采集通道进行编号，如果工业控制机能够识别采集模块，则将采集模块所采集到的数据存放在工业控制机中，否则转至步骤1.4；步骤1.2：分析从采集模块上所采集到的各个通道数据，若采集模块的量程为‑5V至5V，则5V和‑5V称为极限值；判断该数据是否存在为量程的极限值的数据，若否，则转至步骤1.5；步骤1.3：如果存在量程为极限值的数据，则表明出现故障节点，接下来判断该故障类型是接线断开，还是接线头发生虚接现象；假设出现第k个节点发生故障，如果该节点所对应的采集通道数据始终处于极限值状态，则出现接线断开现象，若该节点所对应的采集通道数据在极限值与正常值之间波动，则出现虚接现象；记录该节点发生节点级别故障，并同时记录所属采集AD采集通道和采集模块编号；然后转到步骤1.5；步骤1.4：如果工业控制机无法识别某个采集模块，那么采集模块上所采集的数据无法正常传送到工业控制机中，记录该采集模块出现单一模块级别的故障现象，并同时记录该故障模块的编号；步骤1.5：首先查看是否出现单一模块级别的故障，如果没有，则转至步骤1.6，否则，封装该故障模块的编号至以太网报文，注明发生单一模块级别故障，然后转到步骤1.7，准备发送；步骤1.6：单一模块级别故障没有出现，说明该模块能够正常读取数据，查看是否存在单一节点级别的故障，若不存在，则直接将数据报文连同模块的编号统一封装为以太网报文；否则采集将数据、故障节点编号以及故障类型封装为以太网报文；步骤1.7：以太网封装完成以后，准备通过数据传输单元发送至中央处理单元，首先检测是否能够通过正常链路连接到中央处理单元，若可以则进行报文发送，并且转到步骤1.1，准备接收下一个采集模块发送至工业控制机的数据；否则监测是否能够通过冗余传输设备正常的连接到中央处理单元，若可以则通过冗余链路进行发送，并且监测中央处理单元的组链路故障反馈，若收到该反馈信息，则出现一组链路级别的故障，需要更改采集策略；如果冗余链路也不能正常工作，则将数据进行本地存储；上述分支完成后，转入步骤1.1，准备接收下一个采集模块发送至工业控制机的数据；所述的中央处理单元对整个系统故障定位阶段实现步骤为：步骤2.1：中央处理单元监听数据采集单元所发送过来的数据，在5000ms内没有任何数据接收，则认为数据采集单元没有启动或者出现整个链路级别的故障，并转至步骤2.5；步骤2.2：分析数据采集单元发送过来的数据报文，首先读取报文中封装的错误类型，分析是否出现单一节点级别或者单一模块级别的故障，如果没有出现故障，则转至步骤2.3，如果出现单一节点级别的故障，则记录节点编号，该节点所属模块编号；如果出现单一模块级别的故障，则记录该模块编号；步骤2.3：如果单一节点级别故障别及单一模块级别故障均未发生，则分析该报文的首部，提取出报文源地址，以此来分析该报文是通过正常链路还是冗余链路传送，如果通过正常链路传送，则该工控机所在的链路无任何故障发生，并转至步骤2.6，如果通过冗余链路传送，则认为该正常传输链路出现故障；步骤2.4：提取正常链路出现故障的源地址，找到与该地址同属一个交换机的所有地址，查询是否有至少一条的链路能够得到正常发送，共同连接一个交换机的所有工业控制机中，只要有一个能够正常的链路发送，说明并未出现一组链路级别的故障，如果连接一个交换机的所有工业控制机全部通过冗余链路传送，说明出现了一组链路级别的故障；步骤2.5：中央处理单元查看出现链路故障类型，如果数据采集单元没有启动或者出现整个链路级别的故障，则中央处理单元发出警报，通知工作人员及时查看顶级交换机的链路连接情况；如果出现一组链路级别的故障，中央处理单元根据收到冗余链路所传递的报文，得到该组链路故障的发生位置，并且通知工作人员及时查看该底层交换机链路连接情况，与此同时，中央处理单元将一组链路级别的故障反馈给工业控制机，工业控制机收到冗余链路传回的反馈后，对数据采集策略进行调整；如果出现了单一链路级别的故障，则将提取出该工业控制机的信息，并且通知工作人员查看该工业控制机的链路连接情况；提示链路级别上的故障后，转到步骤2.1，等待数据采集单元所发送过来的下一条数据；步骤2.6；若系统的正常链路均无故障工作，系统则判断是否出现单一节点级别或者单一模块级别的故障，并且根据故障节点编号或者故障模块编号，将出现节点以及模块级别故障的位置通知工作人员，然后记录并展示正常数据；若整个系统无故障出现，转到步骤2.1，等待数据采集单元所发送过来的下一条数据。