摘要：該文以LabVIEW為平臺，設計開發(fā)了故障診斷實驗項目，構(gòu)建了遠程故障診斷虛擬實驗室。該系統(tǒng)包數(shù)據(jù)采集及存儲模塊、時域分析模塊、頻域分析模塊、相關(guān)分析模塊和特征頻率計算模塊等。系統(tǒng)組建后，通過測試，驗證了系統(tǒng)對設備故障診斷的有效性，很好地解決了實驗室儀器不足的缺陷，體現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；故障診斷；遠程

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2012）30-7376-03

基于計算機網(wǎng)絡的遠程設備故障診斷就是將計算機網(wǎng)絡技術(shù)與設備故障診斷技術(shù)相結(jié)合，通過國際互聯(lián)網(wǎng)絡、局域網(wǎng)絡實現(xiàn)設備的遠程故障診斷?；谟嬎銠C網(wǎng)絡的遠程故障診斷作為一種新型方式必將引人們的關(guān)注，隨著互聯(lián)網(wǎng)開放式體系結(jié)構(gòu)逐步得到人們的廣泛認同，這種新型方式也將成為系統(tǒng)開發(fā)的必然趨勢。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計

1.1 系統(tǒng)設計原則

遠程網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)的是為了利用網(wǎng)絡虛擬實驗室的優(yōu)勢來彌補傳統(tǒng)實驗教學儀器設備的不足，因此，在網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)設計時必須遵循以下幾個原則：

1）開放性原則：開放性是網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)構(gòu)建的首要條件。只要學生登入互聯(lián)網(wǎng)的任一終端，便能夠使用網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)。

2）交互性原則：網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)應具有良好的交互性。交互性不僅體現(xiàn)在用戶與網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)之間的交互，還體現(xiàn)在網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)各個模塊之間的交互。

3）直觀性原則：在實驗過程中不僅有數(shù)據(jù)的輸入和輸出，還要顯示相應的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，為此，在設計實驗系統(tǒng)時，系統(tǒng)界面要友好，數(shù)據(jù)和結(jié)果的顯示要直觀。

4）易于維護和管理的原則：網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)各功能模塊應安裝在服務器端，實現(xiàn)服務器端集中管理，所有實驗內(nèi)容的發(fā)布和維護只需在服務器上進行，教師也可以通過權(quán)限實現(xiàn)實驗信息的遠程管理。

5）經(jīng)濟性原則： 使用B/S模式發(fā)布網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)，學習者不必安裝專門的軟件，只需通過網(wǎng)絡瀏覽器便可以打開實驗系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)以《機械故障診斷》課程實驗系統(tǒng)為研究對象，開發(fā)可在網(wǎng)絡上使用的虛擬故障診斷實驗。利用機械故障發(fā)生器、模擬轉(zhuǎn)子試驗臺、壓電式加速度傳感器、光電速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機等器件，編寫虛擬實驗軟件，并進行網(wǎng)絡發(fā)布，可實現(xiàn)遠程軸承故障診斷、齒輪故障診斷、旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷等實驗。該虛擬故障診斷系統(tǒng)具有實驗資源共享、不受時間和地域限制等特點，能滿足課堂實驗教學和遠程實驗教學的需要。其體系結(jié)構(gòu)如圖1 。

虛擬實驗軟件功能主要包括：數(shù)據(jù)采集、信號顯示及存儲、時域分析、頻域分析、相關(guān)分析以及特征頻率計算等。

2 實驗系統(tǒng)的遠程功能實現(xiàn)

2.1 LabVIEW網(wǎng)絡通信技術(shù)

LabVIEW不僅是目前用于數(shù)據(jù)采集、信號處理和虛擬儀器開發(fā)的一個重要工具，而且還提供了豐富的網(wǎng)絡通信功能，其實現(xiàn)網(wǎng)絡通信功能的技術(shù)包括共享變量、TCP/UDP通信、DataSocket技術(shù)、遠程前面板技術(shù)等。依賴這些技術(shù)，研發(fā)人員不需要精通底層的網(wǎng)絡編程，僅需在LabVIEW中進行一些簡單設置，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡通信功能。考慮到本實驗系統(tǒng)的功能和特點，在分析了各種通信技術(shù)的基礎上，決定采用遠程前面板技術(shù)來實現(xiàn)遠程故障診斷實驗。

2.2 遠程故障診斷虛擬實驗的實現(xiàn)

首先利用LabVIEW開發(fā)服務器端故障診斷虛擬實驗儀器，再通過LabVIEW的遠程前面板技術(shù)，將LabVIEW開發(fā)的虛擬儀器作為一種ActiveX控件嵌入到Web網(wǎng)頁中，經(jīng)過相應的設置，將服務器端嵌入了虛擬儀器的Web網(wǎng)頁進行發(fā)布，發(fā)布成功后，用戶便可在客戶機上通過瀏覽器直接打開并運行位于服務器上的虛擬儀器程序，完成遠程信號檢測、分析與故障診斷的實驗任務。為了讓更多的客戶同時使用遠程前面板功能，需要向Nl公司購買授權(quán)，因為LabVlEW 默認的遠程前面板客戶端數(shù)是一個。服務器端可以使用“遠程面板連接管理器”工具來監(jiān)控客戶端的連接。

實現(xiàn)遠程故障診斷虛擬實驗的步驟是：① 配置LabVlEW 的Web Server；② 在服務器端計算機中打開虛擬儀器前面板；③在客戶端LabVIEW 中，選擇”操作->連接遠程前面板”，在彈出的對話框中設置服務器端計算機的IP地址、域名，單擊“Connect”即可。具體設置如下：

1）服務器端設置

打開服務器端的LabVIEW，啟動Web服務，并利用Web發(fā)布工具將網(wǎng)頁發(fā)布出去，實現(xiàn)Web服務器配置，具體步驟如下：

①服務器文件路徑和網(wǎng)絡參數(shù)設置

打開服務器端需要發(fā)布的遠程故障診斷虛擬儀器前面板，通過LabVIEW菜單欄中的“工具”菜單，打開“選項”子菜單的對話框，從中選擇“Web 服務器：配置”選項，接著激活“啟用Web服務器”選項，然后設置網(wǎng)絡參數(shù)，包括存放服務器文件（如發(fā)布的網(wǎng)頁文件）的根目錄、HTTP 端口和網(wǎng)絡連接超時時間。

②客戶端訪問權(quán)限設置

從主菜單“工具”菜單的“選項”子菜單中選擇“Web服務器：瀏覽器訪問”選項，顯示相應的對話框，設置瀏覽器地址和客戶機權(quán)限，客戶機權(quán)限分為“允許查看和控制”及“允許查看”兩類?！霸试S查看和控制”權(quán)限可瀏覽前面板并可以進行控制，“允許查看”權(quán)限只能瀏覽前面板。

③遠程故障診斷虛擬儀器訪問權(quán)限設置

從主菜單“工具”菜單的“選項”子菜單中選擇“Web服務器：可見VI”選項，顯示相應的對話框，從中設置可以被訪問的遠程故障診斷虛擬儀器以及被客戶端控制的時間長度。

④遠程故障診斷虛擬儀器網(wǎng)頁發(fā)布

從主菜單“工具”菜單的子菜單中選擇“Web發(fā)布工具”選項，在“VI 名稱”欄選擇要發(fā)布的遠程故障診斷虛擬儀器，并選擇查看模式。查看模式有嵌入、快照和顯示器三種，嵌入模式是把要發(fā)布的虛擬儀器前面板嵌入在網(wǎng)頁中，客戶端可遠程瀏覽和控制前面板；快照模式只把當前虛擬儀器前面板的靜態(tài)圖像發(fā)布到網(wǎng)頁中；顯示器模式是按設定時間間隔不斷更新虛擬儀器前面板的靜態(tài)圖像。為了既可以瀏覽前面板，又可以控制前面板，一般選擇嵌入模式。然后設置文件名和服務器的網(wǎng)頁地址，并保存。

2）客戶機端設置

客戶機端不需要任何編程工作，只要安裝LabVIEW Run-Time引擎，在網(wǎng)頁瀏覽器的地址欄中輸入服務器端配置的遠程故障診斷虛擬儀器網(wǎng)頁地址，就可打開遠程故障診斷虛擬儀器前面板并進行實驗。

3 系統(tǒng)測試

在客戶機端網(wǎng)頁瀏覽器的地址欄中輸入http：//IpAddr：Port/ViName.htm， 確認后便出現(xiàn)遠程故障診斷虛擬實驗室的主頁，如圖2所示，在這里點擊不同的實驗項目會有不同的網(wǎng)頁出現(xiàn)，如點擊軸承故障診斷實驗，便出現(xiàn)滾動軸承故障診斷實驗頁面，如圖3所示，通過這個頁面可以可以完成滾動軸承故障診斷實驗。

4 總結(jié)

本文以LabVIEW為虛擬儀器開發(fā)平臺，開發(fā)了遠程故障診斷虛擬實驗系統(tǒng)，通過測試，該系統(tǒng)可以對設備的故障作出準確診斷，該系統(tǒng)基本達到了預期的設計要求，很好的解決了實驗室儀器不足的缺陷。網(wǎng)絡化虛擬故障診斷儀器改變了傳統(tǒng)儀器的測量方法，打破了在同一地點進行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)了跨地域、跨時間的測量和診斷。

參考文獻：

[1] 吳成東，孫秋野.LabVIEW虛擬儀器程序設計及應用[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2] 李國華，張永忠.機械故障診斷[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[3] 陸春月.機械故障診斷的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機械管理開發(fā)，2004，81（6）：85-86.

[4] 粟丹，李仁發(fā)，彭勇，等.遠程虛擬實驗的構(gòu)建[J].計算機應用研究，2003（2）：117-119.

[5] 雷振山，魏麗.LabVIEW高級編程與虛擬儀器工程應用[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[6] 張凱.LabVIEW虛擬儀器工程設計及開發(fā)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[7] 謝三毛.基于LabVIEW遠程虛擬信號分析儀的設計[J].電腦知識與技術(shù)，2011（28）.