1 引言
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)，傳感器技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷和維護技術(shù)可以在短時間內(nèi)調(diào)動故障診斷和維護資源，實現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)快速、及時、正確診斷和維護。
本文首先簡要介紹了基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程故障診斷與維護系統(tǒng)的概念模型及功能模型作，并探討了利用OPC (OLE for Process Control)和可擴展標(biāo)記語言(Extensible Markup Language, XML)技術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷與維護系統(tǒng)信息集成的關(guān)鍵技術(shù)，實例證明了這種技術(shù)實施的可行性和有效性。

2 基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷與維護技術(shù)
基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷和維護技術(shù)的基本思想是將Internet與故障診斷技術(shù)相結(jié)合，聯(lián)合設(shè)備和零配件供應(yīng)商、專業(yè)維護中心和相關(guān)專家組建一個故障診斷與維護的動態(tài)聯(lián)盟，提供快速有效的故障診斷和維護服務(wù)。

圖1 基于Internet遠(yuǎn)程故障診斷和維護系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷與維護技術(shù)對故障診斷分為三個層次：為客戶層診斷，即當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，首先利用駐留在系統(tǒng)自身上的故障診斷系統(tǒng)進行故障診斷，依據(jù)診斷的結(jié)果進行維護；在無法確定其故障點或故障原因，則通過遠(yuǎn)程故障診斷信息服務(wù)單元的請求后，依靠中心現(xiàn)有的故障診斷與維護資源對設(shè)備出現(xiàn)的故障進行診斷。第三為聯(lián)盟層會診，當(dāng)專業(yè)診斷失敗后，由專業(yè)維護中心向有關(guān)成員發(fā)出故障會診請求，調(diào)動入網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)資源，進行故障診斷。
圖1表示了基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷和維護向?qū)到y(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)駐留在專業(yè)維護中心的Web服務(wù)器上，其功能模塊包括；故障診斷模塊、資源信息查詢模塊、維護工藝生成模塊、維護向?qū)K等；客戶端由數(shù)據(jù)采集處理單元、實時故障診斷單元、故障診斷專家系統(tǒng)和遠(yuǎn)程故障診斷信息服務(wù)單元組成。該系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵首先在于底層設(shè)備狀態(tài)、故障信息的采集，其次是以互聯(lián)網(wǎng)為載體的信息集成與利用。

3 OPC技術(shù)與信息采集
現(xiàn)場總線技術(shù)使底層設(shè)備具有通信能力，并以底層設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點形成開放式數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。OPC是OPC基金會1996年推出的一套基于微軟的OLE/COM標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議，定義了一套應(yīng)用于支持過程數(shù)據(jù)訪問、報警、事件，以及過程歷史數(shù)據(jù)訪問等功能的COM接口。OPC采用客戶/服務(wù)器的通信模式，其服務(wù)器功能是一方面負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)提供方(現(xiàn)場設(shè)備或數(shù)據(jù)庫)的通信；另一方面將數(shù)據(jù)提供方提供的數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口供數(shù)據(jù)調(diào)用方調(diào)用。數(shù)據(jù)調(diào)用方充當(dāng)了OPC的客戶方。標(biāo)準(zhǔn)接口保證了互操作性，使得所有支持OPC的客戶能夠以一致的方式訪問所有OPC服務(wù)器。

圖2 OPCServer邏輯對象模型

OPC服務(wù)器邏輯對象模型如圖2所示，它包含三個核心對象：OPCServer、OPCGroup和OPCItem。OPCServer對象位于模型的頂層，它包含OPCGroup對象的集合OPCGroups，并創(chuàng)建了OPCServer對象；OPCGroup對象起到了狀態(tài)信息維護的作用，并提供了一套信息獲取服務(wù)的機制。通過這個對象，應(yīng)用程序可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要重組現(xiàn)場數(shù)據(jù)，但不影響底層現(xiàn)場數(shù)據(jù)的組織。OPCItems是OPCGroup對象所包含的OPCItem與控制設(shè)備的一個信號變量對應(yīng)，它包括對象的定義，當(dāng)前數(shù)值、狀態(tài)信息和最后更新時間的記錄等。
OPC標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義了自定義接口和自動化接口兩套接口標(biāo)準(zhǔn)，OPC客戶端應(yīng)用程序與OPCServer通信既可以通過自定義接口，也可以通過自動化接口?？蛻舳藨?yīng)用程序應(yīng)用腳本語言如VB等通常使用自動化接口；而客戶端采用C++通常采用自定義接口，這樣可以限度地實現(xiàn)系統(tǒng)的性能。
在一個復(fù)雜的系統(tǒng)中，通常會出現(xiàn)多種現(xiàn)場總線共存的情況，OPC技術(shù)也為不同類別現(xiàn)場總線的集成提供了集成方案，只要為不同類型的現(xiàn)場總線網(wǎng)段上的現(xiàn)場設(shè)備提供OPCServer，然后利用OPCServer對外接口的一致性，便可實現(xiàn)服務(wù)器之間的信息集成，圖3是利用OPC技術(shù)實現(xiàn)不同類型現(xiàn)場總線集成的技術(shù)方案。

圖3 不同類型現(xiàn)場總線集成方案

4 基于XML的信息集成技術(shù)
XML被認(rèn)為是繼Java以后Internet上出現(xiàn)的最激動人心的技術(shù)。圖4表示了基于XML的WEB應(yīng)用服務(wù)。XML語言可以讓信息提供者根據(jù)需要，自行定義標(biāo)記、屬性和描述法，從而使XML文件的結(jié)構(gòu)可以復(fù)雜到任何程度。XML主要有三個要素：模式(Schema)或文件類型定義(Documentt Type Definition, DTD)，可擴展式樣語言(eXtensibel Stylesheer Language, XSL)和可擴展鏈接語言(eXtensibel Link Language, XLL)。模式和DTD定義了XML文件的邏輯結(jié)構(gòu)，它幫助XML解析器校驗XML文件標(biāo)記的合法性；XSL是用于XML文檔樣式的語言，它能使XML文檔在客戶端的WEB瀏覽器上按照不同的方式顯示，從而不需要再與服務(wù)器進行交互通信；XLL將進一步擴展目前WEB上已有的簡單鏈接，從而形成良好的數(shù)據(jù)存儲格式、可擴展性、高度結(jié)構(gòu)化、便于網(wǎng)絡(luò)傳輸四大特點。在遠(yuǎn)程故障診斷與維護系統(tǒng)應(yīng)用XML技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

圖4 基于XML的WEB應(yīng)用服務(wù)

1) 故障與維護信息的快速搜索。在故障診斷與系統(tǒng)維修中，經(jīng)常會涉及故障和維修信息的查詢，以往設(shè)計搜索軟件由于需要了解整個維修網(wǎng)絡(luò)中每個數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)而難以實現(xiàn)，XML使得這樣的搜索變得非常容易。
2) 不同來源數(shù)據(jù)的集成。XML易使不同來源的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集成和共享。XML只要在中間層的服務(wù)器上對從后臺數(shù)據(jù)庫和其他應(yīng)用帶來的數(shù)據(jù)進行集成，然后，數(shù)據(jù)就能發(fā)送到其他的客戶或服務(wù)器做進一步的集成、處理和轉(zhuǎn)移；另外，基于XML的數(shù)據(jù)都是自我描述的，數(shù)據(jù)不需要有內(nèi)部描述就能被交換和處理，速度將變得更快，擴展性和靈活性變得更大。
3) 數(shù)據(jù)顯示方式和接收方式的多樣性。首先是顯示方式的多樣性，數(shù)據(jù)發(fā)到桌面后能夠以多種方式顯示，更易實現(xiàn)用戶個性化、風(fēng)格化的需求。另一方面是顯示終端的多樣化，數(shù)據(jù)的顯示不僅僅局限于普通的臺式計算機，可以是傳真機、掌上電腦、等，這樣對工作地點移動性較大的維護人員來說，可以及時地收到相關(guān)的信息。
4) 信息處理各取所需。XML只要考慮信息的完整性和規(guī)范性，不受特定的腳本語言、制作工具和傳輸工具的限制。客戶取得數(shù)據(jù)后可以通過一個過濾器實現(xiàn)信息的編輯和處理，以適應(yīng)用戶自己的需要。
5) 便于實現(xiàn)分布式運算。由于XML的自解釋性使客戶端在收到數(shù)據(jù)的同時也能理解數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和含義，從而能實現(xiàn)通用的分布式計算，改變服務(wù)器負(fù)荷繁重的狀況。由于XML文檔對象模式（Document Object Mode, DOM）允許用腳本或其他編程語言處理數(shù)據(jù)，使得基于WEB應(yīng)用的客戶端數(shù)據(jù)處理功能得到大大的加強，可以創(chuàng)建原先只能建立在數(shù)據(jù)庫上的功能強大的應(yīng)用軟件。
6) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)粒狀更新。通過XML可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)粒狀更新，封裝于XML文檔中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)生變化后，不需要重新發(fā)送整個機構(gòu)化數(shù)據(jù)。變化了的數(shù)據(jù)從服務(wù)器送到客戶端，不需要刷新整個客戶端的界面就能顯示出來，大大提升了服務(wù)器的性能。
7) 便于采用相同詞匯，實現(xiàn)自動化工作。對于適合同一個應(yīng)用領(lǐng)域交互的XML結(jié)構(gòu)信息，很容易采用相同的詞匯和符號集合，這樣通過XML中的DTD或Schema規(guī)范描述性標(biāo)識，形成一種在某個特定應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的標(biāo)記語言，為信息交互自動化打下基礎(chǔ)。

5 平臺無關(guān)性與多種語言兼容
OPC接口定義的字符串參數(shù)均采用國際標(biāo)準(zhǔn)編碼UNICODE，XML也內(nèi)置了UNICODE，其內(nèi)容和元素的名稱都支持任何一種語言，該系統(tǒng)能實現(xiàn)多語言兼容。系統(tǒng)的信息交互以XML為基礎(chǔ)，因XML是標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言(Standard Generalized Markup Language, SGML)的一個子集，SGML建立了一套嚴(yán)格一致的、獨立于平臺之間表達(dá)信息的格式，因此系統(tǒng)可以在不同平臺上運行。
6 結(jié)束語
本文提出的利用OPC技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)底層設(shè)備狀態(tài)、故障信息有效采集和采用XML技術(shù)解決以互聯(lián)網(wǎng)為載體的系統(tǒng)信息集成等技術(shù)，為有效采用遠(yuǎn)程故障診斷和維護向?qū)Ъ夹g(shù)，實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)遠(yuǎn)程、多專家、多系統(tǒng)協(xié)同診斷和維護，提高系統(tǒng)的可用度、降低系統(tǒng)維護成本打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。圖5是FAS遠(yuǎn)程故障診斷與維護系統(tǒng)的總體框圖，該系統(tǒng)在應(yīng)用中取得了良好的綜合效益。

圖5 FAS遠(yuǎn)程故障診斷與維護系統(tǒng)總體框架