本文以某门式起重机为研究对象，对龙门吊远程监测系统及故障诊断分析方法展研究。分析远程监测及诊断分析系统的功能需求，构建系统总体结构，研究系统中关键技术，研发故障树与专家系统结合构建故障诊断专家系统，给出系统数据库结构模型，研制基于Web平台的门式起重机远程监测及诊断分析系统。本文的主要研宄工作分为以下几点：

１）远程监控系统总体框架设计

根据《GB/T 28264-2012起重机械安全监控管理系统》规范及生产需求，设计本远程监测及诊断分析系统总体结构，确定系统各个模块功能。研究Socket网络通信、Web socket数据传输实时性以及ActiveX控件绘图等关键技术并应用于远程监测与诊断分析系统。

２）基于故障树的门式起重机专家系统研究

在分析基于故障树分析法的专家系统基础上，构建门式起重机起升机构、大小车行走机构与电气结构故障树。通过专家系统与故障树分析法结合的形式构建专家系统的知识库与推理机。

３）远程监控系统数据库设计

根据远程监测与诊断分析系统需求，分析关系型与非关系型数据优劣，选择合适的ＳＱＬ，构建基于故障树的门式起重机专家系统数据库与远程监测及诊断分析系统数据库。

４）远程监控系统研制

选用合适的编程语言与开发工具，完成本远程监测及诊断分析系统的开发。通过某实验台振动数据测试系统功能，验证基于Web平台的远程监测及诊断分析系统的实用性与准确性

系统功能需求分析

互联网技术飞速发展，各个计算机系统、通信系统之间联系紧密，组合成一个高速、公用的互联数据网络，不断的推动着各行各业的发展。传统的设备故障分析与诊断模式深受互联网发展趋势的影响也随之步入了网络化的发展路程。起重机这种特型设备，被各行业广泛使用，所以对其监测、故障分析意义甚是重大。不同类型的起重机在结构形式、规格与参数上各有差异，但根据国家2012年颁发的《GB/T 28264-2012起重机械安全监控管理系统》文件要求，结合生产实际需要，各型起重机监测系统应具备下列基本功能：

１）系统能对起重机关键部位，如：齿轮箱、横梁、支腿、电机以及各个开关、限位器的状态参数进行实时的监测与采集。

２）系统能以一定的数据格式将采集的数据存储在数据库中。

３）系统可对监测数据与诊断信息进行回溯。

４）系统可对设备出现的违规操作、故障以文字、弹框和声音形式进行报警。５）系统对监测数据的接收发应尽可能满足实时性，并保证数据的完整性。６）系统应具有良好的人机界面，以简洁、直观的文字、图形、语音提示等形式呈现设备当前状况。

７）系统用户应根据级别赋予对系统操作的权限，保障系统的安全性。

８）系统可远程诊断分析设备故障，并对齿轮箱振动故障进行分析。

９）系统具备管理功能，管理员可对用户信息、监测记录、诊断记录以及其他事务进行管理。

系统结构模式选择

随着互联网技的发展，网络计算机的模式也呈现出多样性，传统的C/S

模式过渡到了B/S模式。传统的C/S模式，是将用户界面与业务逻辑一并放到面向用户的应用程序，作为客户端；将数据服务层放到后台应用程序，作为服务器端，是逻辑上的两层结构。在这种两层C/S模式下，客户机通过网络，向远程服务器发出业务需求，服务器在接收并处理后将结果返回给客户机，以此实现前后台的交互。但是，随着业务量和用户量不断增加，该模式的执行效率开始显著下降，降低了系统的用户体验效果同时，企业需面向不同的平台开发不同的版本，且系统升级必须重新开发所有的版本，升级维护和开发成本较高。随着相关技术的发展，传统的C/S模式不足逐渐暴露。相应地，B/S模式逐渐发展起来，它与C/S结构类似，服务器端是Web server，客户端是个标准的浏览器，应用服务器、数据库与WEB服务器通过Internet构成。三层B/S结构，这种结构的应用范围易拓展，升级维护简便。B/S结构中，在Client端，用户不需其他软件和配置，可直接在Browser上通过RRL远程访问监测系统，并可通过浏览器提供的交互界面实现与服务器的应答交互。这种结构的网络模式将整个系统的静态文件与业务程序置于WEB服务器层，因此，只需置备一台能满足系统安全且稳定运行的服务器，而浏览器层用户只需要拥有一台可连网的PC机或移动设备即可，这样完全解放了用户的设备配置，只要服务端（研究所或企业监控中心等）进行一些必要的软件与硬件配置。通过对比，不难发现采用B/S模式不仅可以大大提高计算机和网络的使用率，还可节约开发成本。

系统总体结构设计

本系统主要包括Web服务器、状态监测与诊断分析、数据存储以及数据采集等部分，构成一个B/S架构的Ｗeb监测系统。本远程监测及诊断分析系统总体设计思路如下：通过计算机网络，将企业工厂起重机的各类监测数据存入本地数据库中，并通过HTML以数字、报表、曲线、画面与图形的形式在网页上呈现。授权用户通过登录系统进入监测及诊断页面，对现场设备的各类数据信息进行分析及诊断，随时掌握起重设备的现场工况。本监控系统总体结构如图３－１所示。

对于整个Web平台的起重机监测及诊断系统，用户启动起重机现场监测务器，获取底层传感器上传的起重机实时运行状态参数，然后通过TCP/IP协议的网络通信传送至数据库服务器。Ｗeb服务器对采集的状态参数特征信息推送到浏览器端并以数值、图表、曲线等形式呈现用户面前。同时，系统还可根据特征值的状态判断设备是否正常运行，如果一旦超过门槛值，将有文字提示、语音报警等信号提示。

从图２－１可以看出本系统主要分为如下３个部分：

１）数据采集：该系统对起重机需要监测的部位进行实时的数据采集、特征提取，将数据通过网络通信上传至现场监测服务器，并保存起来。采集的数据包括起重机齿轮箱振动、大小车位移、起升机构的起升高度和重量、横梁与支腿的应力应变、大小电机电流以及各个开关和限位器的状态等反应起重机组运行状态的参数。数据采集系统将采用实验室己研制的应用程序来完成数据的采集与转发。２）数据库管理：数据库是Ｗeb远程监测系统的核心。数据库的设计、管理的合理性直接影响着整个Ｗeb系统的性能P1。数据库负责数据的存储工作，存储的数据概括为以下三大类：一是起重机各个部位状态参数；二是用户注册登录数据；三是历史预警信息数据以及故障诊断记录的信息等。大量的监测数据和用户操作数据借助早先己定义的数据表来进行存储，便于以后管理。起重机相关历史数据保存在数据库中，需要设定保存周期，定期清除过期数据，另外对数据库冗余数据也需及时清理［５３】。

３）状态监测与故障诊断分析:状态监测即通过浏览器实时显示起重机运行状态，并对起重机设备故障进行报警。系统对监测的起重机参数设置了报警阈值，当某个参数的值超出设定的阈值后，远程浏览器端页面上就会出现报警信息，报警信息以文字颜色改变、发出声光等形式来提醒操作人员及时处理故障问题。同时，系统也会指出问题部位，并给出适当的建议，帮助用户排除系统故障。故障诊断分析系统可分为两部分：一是基于故障树的专家系统。基于故障树的专家系统，主要是帮助操作人员对系统出现的运行机构与电气故障进行诊断，并根据系统和操作员的交互给出起重机故障类型与维修建议。二是数据分析。数据分析部分是专家或工程师通过调取数据库中存放的某一段时间内的起重机齿轮箱历史数据、各个电机电流、横梁和支腿的应力应变值等数据，然后使用系统提供的分析工具的进行分析，结合专家指导，给出详细的分析诊断与合理的维修建议。通过以上论述可以发现，底层数据采集系统连续获取起重机各个状态参数，通过网络通信实时上传至现场监测服务器中，现场監测服务器将数据立即转发至Web服务器，同时将监测数据保存至数据库中。用户可以通过在浏览器输入相应的URL获取系统界面，并通过发送指令实现服务器与浏览器端的交互，以此来式来呈现当前的各个测点状态信息，便于用户对系统状态的了解。本系统统的信息流程如图２－２所示。