實時診斷與監(jiān)控系統(tǒng)在精密離心機(jī)中應(yīng)用

摘要：以精密離心機(jī)為背景，對基于DCOM的分布式實時診斷與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中涉及的主要問題和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)合具體的實際系統(tǒng)，采用分布式組件的方法，實現(xiàn)了精密離心機(jī)控制局域網(wǎng)絡(luò)，使得整個系統(tǒng)在系統(tǒng)維護(hù)、實時處理能力上有了很大的提高。長期運(yùn)行的結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠完成測試任務(wù)，并達(dá)到要求的性能指標(biāo)。
　　關(guān)鍵詞：精密離心機(jī)；實時故障診斷與監(jiān)控；分布式組件對象模型；DCOM
　　中圖分類號：U666.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　0 引言
　　精密離心機(jī)作為一種重要的慣導(dǎo)測試設(shè)備，屬于復(fù)雜的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)。它的高精度特性使得控制、測量及機(jī)械設(shè)計趨于復(fù)雜，包括位置控制、速率控制、溫度控制、氣壓控制、濕度控制、超速保護(hù)等子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)都是獨(dú)立的計算機(jī)控制系統(tǒng)，同時精密離心機(jī)工作在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。為了人員和設(shè)備的安全，整個離心機(jī)被放置在密閉的鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)罩中，這就要求控制系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)通訊、遠(yuǎn)程控制能力，同時對系統(tǒng)的實時性、可靠性、開放性提出了更高的要求。
　　IBM和Microsoft公司認(rèn)為，未來的軟件應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)必然為分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。面對這樣的發(fā)
　　1DCOM分布式組件技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用展趨勢，分布式組件技術(shù)及基于組件技術(shù)的分布式軟件平臺也將是控制局域網(wǎng)絡(luò)軟件的重要發(fā)展方向。
　　Microsoft的DCOM即分布式組件對象模型，支持在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)上不同計算機(jī)對象之間的通訊。利用DCOM技術(shù)能夠使控制程序?qū)崿F(xiàn)物理空間上的分布性，而且在DCOM組成的分布式控制局域網(wǎng)絡(luò)中，DCOM已經(jīng)處理了底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議細(xì)節(jié)問題，從而使控制系統(tǒng)開發(fā)人員能夠集中精力解決控制對象的實際問題。
               
                                                   整體結(jié)構(gòu)
    當(dāng)客戶進(jìn)程和組件位于不同的機(jī)器時，DCOM僅僅只是用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來代替本地進(jìn)程之間的通訊。圖1顯示了DCOM的整體結(jié)構(gòu)：COM運(yùn)行庫向客戶和組件提供了面向?qū)ο蟮姆?wù)，并且使用RPC和安全機(jī)制產(chǎn)生符合DCOM線路協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)包。
    DCOM組件具有位置透明性，無論它是位于客戶的同一進(jìn)程中，還是在其它地方（甚至在地球的另一端），客戶連接組件和調(diào)用組件的方法都是一樣的。DCOM不僅無需改變源碼，而且無需重新編譯程序。一個簡單的再配置動作就改變了組件與組件之間相互連接的方式。
    DCOM由于具有語言獨(dú)立性，使得控制系統(tǒng)開發(fā)人員可以選擇他們最熟悉的語言和工具來進(jìn)行開發(fā)，特別適合團(tuán)隊協(xié)作開發(fā)。DCOM將網(wǎng)絡(luò)循環(huán)時間最小化，避免了網(wǎng)絡(luò)中潛在的擁塞。DCOM選擇了無連接UDP協(xié)議作為的傳輸協(xié)議。協(xié)議的無連接特性使得DCOM能夠?qū)⒃S多低級別的確認(rèn)包和實際的數(shù)據(jù)以及地址合法性檢查（pinging）信息混合起來，從而改善了性能。即使是運(yùn)行在面向連接的協(xié)議上，DCOM也優(yōu)于傳統(tǒng)的面向特殊應(yīng)用的協(xié)議。DCOM使用了WindowsNT提供的擴(kuò)展的安全框架。WindowsNT提供了一套穩(wěn)固的內(nèi)建式安全模塊，DCOM無需在客戶端和組件上進(jìn)行任何專門為安全性而做的編碼和設(shè)計工作，就可以為分布式控制局域應(yīng)用系統(tǒng)提供安全性保障。
    總之，DCOM技術(shù)為控制局域網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)的帶來全新的革命。
    2 基于DCOM的分布式實時診斷與監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    精密離心機(jī)系統(tǒng)分別由動態(tài)半徑及失準(zhǔn)角測量系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、主軸控制系統(tǒng)、動平衡系統(tǒng)、鳥籠控制系統(tǒng)、中心監(jiān)控系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)組成。
                  
                                                            圖 2
    如圖2所示，每個系統(tǒng)都是獨(dú)立的計算機(jī)控制系統(tǒng)，DCOM客戶端和組件根據(jù)設(shè)計配置在各子系統(tǒng)中，通過100M交換機(jī)組成了局域控制網(wǎng)絡(luò)。
    主軸控制系統(tǒng)控制整個離心機(jī)大臂的旋轉(zhuǎn)，其精度和穩(wěn)定性對整個系統(tǒng)的影響至關(guān)重要。主軸控制系統(tǒng)控制離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方式和顯示運(yùn)行狀況，同時負(fù)責(zé)把一些運(yùn)行狀態(tài)傳送到遠(yuǎn)程的中心管理機(jī)，并能接收到中心管理機(jī)的控制命令并通過WDM驅(qū)動程序控制主軸的運(yùn)行。
    鳥籠控制系統(tǒng)對精密離心機(jī)系統(tǒng)的精密測試端進(jìn)行控制，它的精度和穩(wěn)定性同樣對于被測慣性器件的測試精度至關(guān)重要。
    動平衡系統(tǒng)用于避免由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械不平衡而產(chǎn)生振動、噪聲及部件破壞等現(xiàn)象，采用自動平衡技術(shù)在某些平面上加上或減去校正質(zhì)量，因而改善了運(yùn)動部分的質(zhì)量分布，使校正質(zhì)量產(chǎn)生的振動與不平衡產(chǎn)生的振動相互抵消，消除不平衡力，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的自動平衡。
    溫度控制系統(tǒng)對慣性器件的測試環(huán)境溫度進(jìn)行控制，從而為測試設(shè)備提供一個恒定溫度的測試環(huán)境，以滿足對加速度計測試的精度要求。
    精密離心機(jī)工作在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。為了人員和設(shè)備的安全，整個離心機(jī)被放置在密閉的鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)罩中；中心監(jiān)控系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)位于遠(yuǎn)程操作控制平臺，操作人員通過中心監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對上述各子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，發(fā)送控制指令。
    同時各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)也實時顯示在屏幕上，中心監(jiān)控系統(tǒng)還利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)直接對工作倉內(nèi)
    精密離心機(jī)的工作狀況進(jìn)行實時監(jiān)控。
    此外對于精密離心機(jī)系統(tǒng)這樣一個大型的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)，其安全性顯得至關(guān)重要，稍有不慎，后果不堪設(shè)想。因此，故障診斷與安保系統(tǒng)必不可少。當(dāng)離心機(jī)大臂高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，由于外界干擾或者系統(tǒng)本身的不穩(wěn)定因素，有可能出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度超過設(shè)定狀態(tài)或飛車等各種難以預(yù)料的現(xiàn)象。對于這些情況，我們設(shè)置了超速報警，當(dāng)出現(xiàn)飛車事故時，能及時自動急停保護(hù)，以防止出現(xiàn)人員傷亡或設(shè)備損失等危險情況。對于精密離心機(jī)系統(tǒng)這種高速旋轉(zhuǎn)的大型的機(jī)械慣性系統(tǒng)來說，提前預(yù)報比實時報警更加重要，因此故障診斷系統(tǒng)除了具有實時診斷報警功能外，還利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的故障分析。
    3 DCOM關(guān)鍵技術(shù)在精密離心機(jī)中具體實現(xiàn)
    下面以運(yùn)行在主軸控制系統(tǒng)上的測角采集組件為例，說明精密離心機(jī)各子系統(tǒng)如何利用DCOM構(gòu)成了局域控制網(wǎng)絡(luò)。 
                  
                                                      圖 3
    如圖3所示，精密離心機(jī)運(yùn)行時，中心管理機(jī)向主軸控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令，同時主軸的運(yùn)行參數(shù)，包括角度、速度數(shù)據(jù)也要實時傳送到中心控制機(jī)，并在監(jiān)控屏幕上顯示，而同時動平衡系統(tǒng)在測試主軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的不平衡性時，也需要主軸的角度數(shù)據(jù)。按照傳統(tǒng)的SOCKET網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，就要在主軸控制系統(tǒng)軟件中為二者分別開設(shè)網(wǎng)絡(luò)端口和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)鏈接傳輸代碼，而利用DCOM的組件復(fù)用特性，只需要在主軸控制系統(tǒng)設(shè)置一個測角數(shù)據(jù)采集組件，中心監(jiān)控系統(tǒng)和動平衡系統(tǒng)都可以通過DCOM客戶請求的形式，訪問主軸控制系統(tǒng)服務(wù)器，實現(xiàn)對測角數(shù)據(jù)采集。
    客戶端程序運(yùn)行在中心監(jiān)控系統(tǒng)和動平衡系統(tǒng)之中，為了激活DCOM服務(wù)器，必須在客戶端做如下工作：將服務(wù)器計算機(jī)名字載入到 COSERVERINFO結(jié)構(gòu)體，然后調(diào)用CoCreateInstanceEx()，包括相應(yīng)的參數(shù)和一個稱為MULTI_QI的結(jié)構(gòu)體。在任何的 DCOM編程中，首先要做的第一件事情是調(diào)用CoInitialize()。我們將使用默認(rèn)的線程模式，也就是獨(dú)立線程。
    //初始化DCOMhr=CoInitialize(0);
    進(jìn)行遠(yuǎn)程DCOM連接時，你必須指定服務(wù)器計算機(jī)的名字。計算機(jī)的名字可以是一個標(biāo)準(zhǔn)的UNC計算機(jī)名字或者是一個TCP/IP地址。該服務(wù)器的名字將會被載入到一個COSERVERINFO結(jié)構(gòu)體中。這個結(jié)構(gòu)體需要一個指向?qū)捵址?BR>    （wide-character）的指針以得到服務(wù)器的名字。
    設(shè)置好COSERVERINFO結(jié)構(gòu)體。我們將把它傳送到CoCreateInstanceEx以指定服務(wù)器。 CoCreateInstanceEx可一次返回超過一個接口。它通過傳送MULTI_QI結(jié)構(gòu)體的一個數(shù)組來做到這一點(diǎn)。數(shù)組的每個元素指定了一個單一的接口。CoCreateInstanceEx將會填入到數(shù)據(jù)請求中。
    //為CoCreateInstanceEx定義MULTI_QI結(jié)構(gòu)體
    MULTI_QIqi[2];
    memset(qi,0,sizeof(qi));
    qi[0].pIID=&IID_IGetInfo;
    qi[1].pIID=&IID_ISomeOtherInterface;
    hr=CoCreateInstanceEx(CLSID_GetInfo,NULL,CLSCTX_SERVER,&cs,2,qi);
    一切準(zhǔn)備好后，就可以調(diào)用CoCreateInstanceEx。一旦已經(jīng)確定接口被返回了，就表示客戶端連接到DCOM服務(wù)器，你就可以使用這個接口指針調(diào)用相應(yīng)的方法實現(xiàn)控制與數(shù)據(jù)采集功能。
    4 結(jié)論
    目前，精密離心機(jī)各子系統(tǒng)運(yùn)行平臺為Windows2000平臺，利用DCOM技術(shù)構(gòu)成的控制局域網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集、故障診斷等功能，系統(tǒng)安全可靠。
    最后還要指出，一種新的軟件開發(fā)技術(shù)是否真正適合應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域，需要我們審慎分析和實踐的檢驗。由于DCOM在遠(yuǎn)程連接、傳輸速度與透過防火墻訪問的能力還存在一定問題，所以作者更建議把DCOM技術(shù)應(yīng)用到控制局域網(wǎng)絡(luò)而不是廣域網(wǎng)中。