摘要：仓储搬运设备远程故障诊断终端作为远程故障诊断系统的重要组成部分，担负着数据采集、故障诊断和远程通信等重要任务，为远程故障诊断系统提供数据上的有力支持。介绍了诊断终端的软件设计，重点介绍了故障诊断逻辑的设计与实现和远程通信网络的监测与智能切换，以及在实际系统中的验证和应用。
关键词：仓储搬运设备，远程故障诊断终端，故障诊断逻辑，远程通信网络
远程故障诊断系统一般包括远程故障诊断终端设备和远程监控服务中心，而故障诊断终端是整个系统的重要组成部分，为远程故障诊断系统提供了实时的现场采集数据，是实现远程故障诊断的基础。本文介绍了仓储搬运设备远程故障诊断终端的软件设计，主要包括故障诊断逻辑、故障信息报警、网络状态监测和通信网络智能切换。
1远程故障诊断终端
本文提到的远程故障诊断终端主要应用在仓储搬运设备的远程故障诊断系统中，如图1所示。远程故障诊断终端安装在仓储搬运设备上并随车运行，采集仓储搬运设备的实时运行数据和状态信息，根据采集到的信息进行故障诊断，然后使用无线网络通信（GPRS和Wi－Fi）将数据传送到远端服务器，并由监控软件对所有的数据汇总，根据制定的通信协议处理解析。用户通过监控软件能够查询到仓储搬运设备的控制器及其他操作状态的数据，并可以根据仓储搬运设备编号主动获取实时状态信息；当仓储搬运设备发生故障时，监控软件能够及时地进行故障报警，便于第一时间为用户提供维修建议。图1远程故障诊断系统方案图具体到本文，远程故障诊断终端主要功能是对仓储搬运设备的电气信号、电流、温度和控制器数据等进行采集，结合使用时长和采样时间等作为运行状态信息保存下来，因此在终端的硬件组成中传感器和存储器是非常必要的；状态信息作为故障诊断的数据基础，需要经过合理设计的故障诊断逻辑分析处理，才能判断是否有故障发生以及发生了什么样的故障，在发生故障时，要及时向远程监控服务中心发送故障报警信息，因此，故障诊断逻辑和通信网络监测的设计保证了故障诊断的准确性和远程通信的可靠性。远程故障诊断终端的结构如图2所示，该终端采用STM32微处理器作为主控单元，数据采集模块包括开关量、模拟量和总线数据的采集，电源模块为终端提供工作电压，外部扩展GPRS和Wi－Fi通信模块，用于实现远程通信。
2软件设计
远程故障诊断终端的软件设计按功能模块划分为五个部分：资源配置、数据采集、数据通信、故障诊断和参数配置，如图3所示。资源配置对终端用到的所有硬件资源进行初始化，使系统工作在适合的状态下，包括IO资源、串口资源、ADC和DMA资源，中断优先级的设置保证设备的正常工作。数据采集主要功能是通过硬件接口采集开关量信号、模拟量数值、CAN总线数据和时间数据，为故障诊断提供数据依据。数据通信主要功能是根据制定的通信协议，将采集到的数据信息打包为一个数据帧，定时向服务器发送状态信息，同时接受服务器发送的指令并解析，执行对应的操作。数据存储功能用于记录历史状态数据帧，并在网络异常时，提供数据缓存功能，待通信恢复后，将缓存数据一起发送给服务器。故障诊断是设备的主要功能，根据采集的数据，结合搬运设备的工作原理，分析出在不同工作情况下搬运设备的工作状态，形成核心的故障诊断逻辑，终端对各状态数据实时监测，并结合故障诊断逻辑判断是否有故障发生，如有故障发生则立即发送对应的故障报警信息，故障持续存在时，则每隔一分钟发送一次故障报警信息，某一时刻某故障恢复则立即发送对应的故障恢复信息，实现一个完整的故障检测、故障报警和故障恢复功能。参数配置功能主要设置终端正常运行的一些参数，终端通过串口与配置软件通信，实现出厂参数的配置。
3故障诊断逻辑
仓储搬运设备故障诊断的数据来源是采集模块获取的设备实际运行状态信息。首先分析出搬运设备在不同工作情况下各电气部件的正常工作状态，故障诊断逻辑的主要工作是判断设备的工作情况并对比实际运作状态与该工况下正常的运行状态，以此来诊断是否出现故障，结合事先设计规划好的故障代码表，进一步给出具体的故障信息。当有故障发生时，诊断逻辑会立即向远程服务器发送故障报警信息，信息包含故障代码、故障时间和故障数据。若此故障持续发生，则在第一次发送报警信息后，每隔1分钟发送一次故障信息，服务器端以此记录故障的持续发生时间，某一时刻，该故障得到维修恢复正常，诊断逻辑也会立即发送一次故障恢复信息，服务器端也以此判断一次故障结束。根据采集的数据类型不同，故障类型主要分为三种：开关量故障、模拟量故障和CAN总线数据故障，而故障诊断逻辑也需要根据故障类型分别设计。
3．1开关量故障诊断逻辑
开关量因其数据状态比较简单，只有0或1两种状态，表示电平的低或高，所以开关量的故障诊断逻辑以判断实际的状态是否正常为主。为避免误判保证故障诊断的准确性，采用多次连续判定的方法，以一个简单的组合逻辑为例，开关量的故障诊断逻辑流程如图4所示。
3．2模拟量故障诊断逻辑
模拟量数据一般是连续变化的，本文所指的模拟量主要是温度和电流，温度的变化较为缓慢，而电流则变化迅速，尤其是在启动瞬间会有一个大电流脉冲，模拟量的故障诊断逻辑一般以超过额定限值为主，针对不同变化速率的模拟量故障诊断逻辑也略有差别，此处以电机电流为例，将持续一定时间的大电流作为故障，其故障诊断逻辑流程如图5所示。图4开关量故障诊断逻辑流程图图5模拟量故障诊断逻辑流程图
3．3CAN通信数据故障诊断逻辑
CAN通信接收的是搬运设备控制器的数据，控制器的数据中有一个字节专门用来传递控制器的故障代码，而控制器的故障类型有13种，若一次发生了两种以上的故障，控制器会依次发送对应的故障代码，因此故障诊断逻辑需要记录控制器发生了哪些故障，每个故障代码要单独处理其故障报警信息和故障恢复信息，CAN通信数据的故障诊断逻辑流程如图6所示。
3．4故障诊断及报警逻辑
开关量、模拟量和CAN通信数据的故障诊断逻辑主要功能是及时发现故障问题并发送第一次故障报警信息，在故障发生后，继续监视故障状态，当故障恢复时，再次发送一次故障恢复信息以表示一次故障过程的结束。除此之外，还需要一个故障持续存在时的定时报警逻辑，来组成一个完整的发生故障、故障持续和故障恢复的故障诊断逻辑。完整的故障诊断流程如图7所示。
4远程通信网络
本文中远程故障诊断终端的通信媒介为GPRS和Wi－Fi，两者均起到数据透传的作用，但应用场景不同，GPRS提供的是端到端的、广域的无线IP连接，覆盖面广几乎没有死角，搬运设备可以在多地点大范围进行作业，而Wi－Fi网络由于受到无线信号发射距离的限制，只能在小范围内提供网络服务，但优点是网速快、网络通畅和费率低。正常使用时，可以设置终端采用唯一的远程通信方式，即GPRS或者Wi－Fi通信。在一些应用场景下，为适应工作场地的切换或者降低通信费用，灵活的通信方式选择也是必要的。因此，在GPRS和Wi－Fi通信同时工作时，智能选择通信网络可以保证远程通信的可靠性，无论GPRS还是Wi－Fi通信，均是与远程服务器建立TCP长连接来传递数据，所以可以通过监测TCP连接的状态来判断网络是否通畅，来进行远程通信网络的智能切换，具体流程如图8所示：
5在实际系统中的验证和应用
远程故障诊断终端采用本文所述的软件设计，具备完整的故障诊断逻辑，可以实时监测并诊断是否发生故障，确定故障类似及故障代码，生成故障报警信息，及时通过远程通信网络发送给远程监控服务器。在实际的验证过程中，根据接收到的报警信息，在监控软件上能够得到一个完整的故障过程，包括故障发生时信息、故障持续时间和故障恢复时信息。当GPRS和Wi－Fi网络同时存在时，终端可自动选择Wi－Fi网络发送数据，关闭Wi－Fi网络后，终端自动切换到了GPRS网络发送数据，验证过程中，在监控软件上可以看到数据来源发生变化但数据本身并没有出现丢包等问题，验证了软件设计的可行性，为实现远程故障诊断奠定了基础。在实际的应用过程中远程故障诊断终端工作正常，能够保证故障诊断的准确性和远程网络通信的可靠性，能很好完成仓储搬运设备的现场诊断和远程互联任务，实现故障诊断的集中管理，为企业节约了成本，提高了效率，具有较高的实用价值。
参考文献
［1］姚旭东．国内外物联网技术发展的比较研究［D］．成都：西南交通大学，2012
［2］黎洪生，何岭松，史铁林，等．基于因特网远程故障诊断系统架构［J］．华中理工大学学报，2000（3）
［3］陈新，胡小龙．基于GPRS的汽车故障诊断仪的远程湖南职称诊断的设计［J］．工业控制计算机，2006，19（4）
［4］田紫君，张永强，赵奇，等．基于ARM的嵌入式汽车检测装置的设计与实现［J］．信息技术，2005（7）
作者：宗振海 魏海坤 张侃健 方仕雄 葛健 单位：东南大学自动化学院
