[發(fā)明專利]用于工業(yè)信息物理系統(tǒng)的前置服務適配和故障診斷裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710444131.2
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107193271B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶冶;程航;唐瑞春;丁香乾
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;H04L29/08
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 邵新華

本發(fā)明公開了一種用于工業(yè)信息物理系統(tǒng)的前置服務適配和故障診斷裝置，包括端口、采集轉(zhuǎn)換模塊、故障診斷模塊和服務適配模塊；所述端口具有多種類型的接口，用于與不同接口類型的工業(yè)設(shè)備連接通信；所述采集轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)所述工業(yè)設(shè)備的接口類型加載與該接口類型相適配的底層協(xié)議，以獲取所述工業(yè)設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)；所述故障診斷模塊根據(jù)采集到的運行狀態(tài)參數(shù)預測工業(yè)設(shè)備的故障類型，生成故障診斷結(jié)果；所述服務適配模塊將面向指令的控制，動態(tài)地適配成面向標準服務的訪問。本發(fā)明使工業(yè)設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障類型和控制功能“服務化”，并通過標準的Web服務對外提供訪問接口，屏蔽底層異構(gòu)通信協(xié)議，實現(xiàn)了實時故障預測與分類診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)信息物理互聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種用于工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備管理和狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)。

背景技術(shù)

在制造企業(yè)的信息物理系統(tǒng)（CPS）體系結(jié)構(gòu)中，底層現(xiàn)場控制層和中間執(zhí)行層之間存在數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議等諸多差異。實際生產(chǎn)過程中，工業(yè)設(shè)備的種類多、數(shù)量大，需要根據(jù)用戶對于不同現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)互聯(lián)互通的需求，設(shè)計支持多種不同的接入方式。例如：底層現(xiàn)場控制層的連接協(xié)議主要包括OPC、DDE、ModBus等，而中間執(zhí)行層多支持ODBC、XML 等協(xié)議。但是，對于目前用于工業(yè)現(xiàn)場的前置終端來說，在解決設(shè)備通信和協(xié)議轉(zhuǎn)換的問題上，通常需要針對特定的底層設(shè)備和應用程序設(shè)計通信網(wǎng)關(guān)，因此通用性差，無法實現(xiàn)一臺前置終端對多種底層設(shè)備的兼容。

此外，現(xiàn)有的前置終端一般僅可完成端到端的數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，無法對采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、模型構(gòu)建與優(yōu)化，一般需要將采集到的歷史數(shù)據(jù)上傳至后臺服務器進行故障類型的比對，因此功能單一，實時性差，無法對工業(yè)設(shè)備實現(xiàn)實時現(xiàn)場故障排查與預警。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于工業(yè)信息物理系統(tǒng)的前置服務適配和故障診斷裝置，不僅可以針對不同類型的工業(yè)設(shè)備實現(xiàn)多協(xié)議數(shù)據(jù)信息的采集與轉(zhuǎn)換，而且可以對工業(yè)設(shè)備的故障進行實時現(xiàn)場分析和預測，使得前置裝置具備了故障自診斷的功能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種用于工業(yè)信息物理系統(tǒng)的前置服務適配和故障診斷裝置，包括端口、采集轉(zhuǎn)換模塊、故障診斷模塊和服務適配模塊；所述端口具有多種類型的接口，用于與不同接口類型的工業(yè)設(shè)備連接通信；所述采集轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)所述工業(yè)設(shè)備的接口類型加載與該接口類型相適配的底層協(xié)議，以獲取所述工業(yè)設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)；所述故障診斷模塊根據(jù)所述工業(yè)設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)實時預測工業(yè)設(shè)備的故障類型，生成故障診斷結(jié)果；所述服務適配模塊提供標準的Web服務接口響應用戶的服務請求，根據(jù)服務請求和工業(yè)設(shè)備的指令代碼格式動態(tài)地加載基于解釋語言的驅(qū)動腳本，解析出其中的控制指令，并通過所述采集轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成工業(yè)設(shè)備可接受的指令格式，發(fā)送至所述工業(yè)設(shè)備，控制所述工業(yè)設(shè)備的工作狀態(tài)；所述服務適配模塊接收故障診斷模塊輸出的故障診斷結(jié)果，并利用所述的驅(qū)動腳本封裝成面向標準服務的應答格式，供用戶訪問

為了實現(xiàn)采集轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)模塊對不同類型的工業(yè)設(shè)備和應用程序的適配，本發(fā)明在所述采集轉(zhuǎn)換模塊中設(shè)置有多種類型的底層協(xié)議模塊和頂層協(xié)議模塊，所述采集轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)工業(yè)設(shè)備的接口類型加載與該接口類型相適配的底層協(xié)議模塊，創(chuàng)建采集線程，以獲取工業(yè)設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)用戶和上位機應用程序的配置加載相應的頂層協(xié)議模塊，對采集到的運行狀態(tài)參數(shù)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成執(zhí)行層可識別的服務，完成采集數(shù)據(jù)到標準服務的適配。

作為所述故障診斷模塊的一種優(yōu)選設(shè)計方式，本發(fā)明的故障診斷模塊對接收到的所述工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)運行參數(shù)進行預處理，利用自動編碼器網(wǎng)絡(luò)提取特征向量，輸入至支持向量機（SVM）分類器，進行故障類型的匹配，以確定故障診斷結(jié)果。

為了獲得準確的故障診斷結(jié)果，前期需要采用大量的樣本數(shù)據(jù)對自動編碼器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學模型進行訓練，在對所述自動編碼器網(wǎng)絡(luò)進行模型訓練時，可以將樣本數(shù)據(jù)作為x，將所述樣本數(shù)據(jù)的編碼作為y，y對應的解碼輸出作為z，代入公式：