[发明专利]用于工业信息物理系统的前置服务适配和故障诊断装置

说明书

本发明公开了一种用于工业信息物理系统的前置服务适配和故障诊断装置，包括端口、采集转换模块、故障诊断模块和服务适配模块；所述端口具有多种类型的接口，用于与不同接口类型的工业设备连接通信；所述采集转换模块根据所述工业设备的接口类型加载与该接口类型相适配的底层协议，以获取所述工业设备的运行状态参数；所述故障诊断模块根据采集到的运行状态参数预测工业设备的故障类型，生成故障诊断结果；所述服务适配模块将面向指令的控制，动态地适配成面向标准服务的访问。本发明使工业设备的运行状态数据、故障类型和控制功能“服务化”，并通过标准的Web服务对外提供访问接口，屏蔽底层异构通信协议，实现了实时故障预测与分类诊断。

技术领域

本发明属于工业信息物理互联技术领域，具体地说，是涉及一种用于工业现场的设备管理和状态监控技术。

背景技术

在制造企业的信息物理系统（CPS）体系结构中，底层现场控制层和中间执行层之间存在数据格式、通信协议等诸多差异。实际生产过程中，工业设备的种类多、数量大，需要根据用户对于不同现场设备与控制系统互联互通的需求，设计支持多种不同的接入方式。例如：底层现场控制层的连接协议主要包括OPC、DDE、ModBus等，而中间执行层多支持ODBC、XML 等协议。但是，对于目前用于工业现场的前置终端来说，在解决设备通信和协议转换的问题上，通常需要针对特定的底层设备和应用程序设计通信网关，因此通用性差，无法实现一台前置终端对多种底层设备的兼容。

此外，现有的前置终端一般仅可完成端到端的数据采集和协议转换，无法对采集到的数据进行统计分析、模型构建与优化，一般需要将采集到的历史数据上传至后台服务器进行故障类型的比对，因此功能单一，实时性差，无法对工业设备实现实时现场故障排查与预警。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于工业信息物理系统的前置服务适配和故障诊断装置，不仅可以针对不同类型的工业设备实现多协议数据信息的采集与转换，而且可以对工业设备的故障进行实时现场分析和预测，使得前置装置具备了故障自诊断的功能。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于工业信息物理系统的前置服务适配和故障诊断装置，包括端口、采集转换模块、故障诊断模块和服务适配模块；所述端口具有多种类型的接口，用于与不同接口类型的工业设备连接通信；所述采集转换模块根据所述工业设备的接口类型加载与该接口类型相适配的底层协议，以获取所述工业设备的运行状态参数；所述故障诊断模块根据所述工业设备的运行状态参数实时预测工业设备的故障类型，生成故障诊断结果；所述服务适配模块提供标准的Web服务接口响应用户的服务请求，根据服务请求和工业设备的指令代码格式动态地加载基于解释语言的驱动脚本，解析出其中的控制指令，并通过所述采集转换模块转换成工业设备可接受的指令格式，发送至所述工业设备，控制所述工业设备的工作状态；所述服务适配模块接收故障诊断模块输出的故障诊断结果，并利用所述的驱动脚本封装成面向标准服务的应答格式，供用户访问

为了实现采集转转模块对不同类型的工业设备和应用程序的适配，本发明在所述采集转换模块中设置有多种类型的底层协议模块和顶层协议模块，所述采集转换模块根据工业设备的接口类型加载与该接口类型相适配的底层协议模块，创建采集线程，以获取工业设备的运行状态参数，并根据用户和上位机应用程序的配置加载相应的顶层协议模块，对采集到的运行状态参数进行协议转换，转换成执行层可识别的服务，完成采集数据到标准服务的适配。

作为所述故障诊断模块的一种优选设计方式，本发明的故障诊断模块对接收到的所述工业设备的状态运行参数进行预处理，利用自动编码器网络提取特征向量，输入至支持向量机（SVM）分类器，进行故障类型的匹配，以确定故障诊断结果。

为了获得准确的故障诊断结果，前期需要采用大量的样本数据对自动编码器网络的数学模型进行训练，在对所述自动编码器网络进行模型训练时，可以将样本数据作为x，将所述样本数据的编码作为y，y对应的解码输出作为z，代入公式：