基于can总线的状态监测与故障诊断通用平台的制作方法
【专利摘要】一种基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台，包括CAN总线和中继器，通过中继器将CAN总线划分为不同的网段，使得每一个分系统的控制单元属于同一个网段；还包括与CAN总线上一个网段相连接的监测与诊断装置。其监测及诊断数据均从原系统的总线数据平台中获取；持续获得发射平台工作时各分系统的状态信号流，形成发射平台的工作状态的时间相关数据，本系统利用时间相关数据结合故障诊断模型，从数据流中提取特征参数录入知识库作为故障诊断的信息基础。故障诊断模型与各分系统的特征参数相对应，与发射平台相对独立，实现在不同发射平台上使用时，只要导入相应的特征参数库即可，实现了被诊断系统元知识录入的通用性。
【专利说明】基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种信号监测系统，特别是涉及一种用于机电一体化的实时信号的监测系统。
【背景技术】
[0002]民用发射平台作为机电一体化装备，是否能够随时掌握其性能状态并提前预知其故障发生，关系到是否能够提高平均无故障时间、有效缩短准备时间、保证发射效能、保证人员安全、降低维修费用等一系列关键性问题。
[0003]由于发射平台自身的复杂性，目前，多数发射平台还未建立故障诊断系统，已有的故障诊断系统也多非自动诊断，某些诊断系统使用时需要断开系统中原有连接，将专用诊断测试设备接入。在故障发生后，需人工将控制采集回路断开，并接入测试设备，通过手工搜索故障树的方法辅助操作人员完成故障的排查。
[0004]目前，发射平台各分系统的设计已逐步趋于完善，各分系统设计也日趋复杂，这对发射平台的维修保障工作提出了更高要求；另一方面，发射平台信息化控制系统采用基于双冗余CAN总线的分布式控制，两条CAN总线将各分系统通过电连接器构成通讯网络，在分系统之间有隔离需求的情况下，网络可通过CAN中继器实现分网段设计，各分系统通过双CAN总线及网络中继设备实现信息共享，这为发射平台的信息收集和故障诊断奠定了基础。由于各分系统数据间存在量纲、参数物理类型不统一的现状，目前发射平台故障诊断系统在自动性、通用性以及与被诊断系统之间的耦合性方面仍需进行优化设计。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台，解决对发射平台各分系统状态数据和信号进行监测和分析时各系统间耦合性与数据相关性无法有效平衡的技术问题。
[0006]本发明基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台，包括CAN总线和中继器，通过中继器将CAN总线划分为不同的网段，使得每一个分系统的控制单元属于同一个网段；还包括与CAN总线上一个网段相连接的监测与诊断装置。
[0007]所述监测与诊断装置由总线数据采集装置、数据存储转发装置、故障告警数据判断装置、事件数据处理装置、规则数据处理装置、数据特征参数存储装置和数据融合装置组成；
[0008]总线数据采集装置的数据输入端连接CAN总线，总线数据采集装置的数据输出端分别连接数据存储转发装置和故障告警数据判断装置的数据输入端，故障告警数据判断装置的第一数据输出端连接事件数据处理装置的数据输入端，事件数据处理装置的第一数据输出端连接规则数据处理装置的数据输入端，规则数据处理装置的第一数据输出端连接数据特征参数存储装置的数据输入端，故障告警数据判断装置的第二数据输出端、事件数据处理装置的第二数据输出端、规则数据处理装置的第二数据输出端和数据特征参数存储装置的数据输出端分别连接数据融合装置的数据输入端，数据融合装置的控制端连接数据存储转发装置的受控端，数据存储转发装置的数据输出端连接数据融合装置的数据输入端，数据融合装置的数据输出端连接上位计算系统或显示系统；
[0009]总线数据采集装置，用于从CAN总线上持续采集广播数据，并双路并行输出广播数据；
[0010]数据存储转发装置，用于接收并存储广播数据，根据受控端信号向数据融合装置输出广播数据中的指定数据；
[0011]故障告警数据判断装置，用于根据内置的数据过滤条件，过滤出广播数据中的告警数据；并将告警数据转发事件数据处理装置和数据融合装置；
[0012]事件数据处理装置，用于根据内置的事件类型数据，确定告警数据对应的故障类型，确定故障涉及的控制单元，并将故障类型和涉及的控制单元转发规则数据处理装置和数据融合装置；
[0013]规则数据处理装置，用于根据内置的故障判断规则数据，确定涉及的控制单元相应故障类型判断所需的规则参数，并将判断规则参数和涉及的控制单元转发数据特征参数存储装置和数据融合装置；
[0014]数据特征参数存储装置，用于根据内置的控制单元特征参数集，确定判断规则参数所对应控制单元的特征参数，并将特征参数和涉及的控制单元转发数据融合装置；
[0015]数据融合装置，根据涉及的控制单元特征参数，形成控制端数据，从数据存储转发装置中读取相应控制单元相应特征的数据，结合相应控制单元的告警数据、故障类型、判断规则形成显示数据或故障判断数据。
[0016]所述网段中设置实时采集设备，实时采集设备用于完成同一分系统中各控制单元内部状态参数的采集和转发；实时采集设备的信号输入端连接同一分系统中各控制单元的内部状态信号输出端，实时采集设备的信号输出端连接同一分系统所在网段的CAN总线。
[0017]基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台进行监测和故障诊断的一种方法，包括以下步骤:
[0018]slOO，发射平台启动，各分系统运行；
[0019]SllO，总线数据采集装置开始采集总线上的广播数据；
[0020]S120，数据存储转发装置存储广播数据；
[0021]S130，故障告警数据判断装置对广播数据过滤，获取告警数据；
[0022]sl40,事件数据处理装置根据告警数据确定故障类型和控制单元；
[0023]sl50,规则数据处理装置根据故障类型确定判断规则的参数；
[0024]sl60,数据特征参数存储装置提供相应规则参数所对应控制单元的特征参数；
[0025]S170，数据融合装置根据特征参数从数据存储转发装置中读取相应控制单元相应特征的数据，结合告警数据、故障类型、判断规则形成监测和告警过程的显示数据或上传数据；
[0026]sl80,分系统停止运行。
[0027]本发明的系统通过与CAN总线的中继连接，建立基于CAN总线的数据及信号网络采集节点，通过CAN接口接入被诊断系统CAN总线，其监测及诊断数据均从原系统的总线数据平台中获取；持续获得发射平台工作时各分系统的状态信号流，形成发射平台的工作状态的时间相关数据，本系统利用时间相关数据结合故障诊断模型，从数据流中提取特征参数录入知识库作为故障诊断的信息基础。
[0028]故障诊断模型与各分系统的特征参数相对应，与发射平台相对独立，可以实现在不同发射平台上使用时，只要导入相应的特征参数库即可，实现了被诊断系统元知识录入的通用性。
[0029]故障诊断模型将故障代码、判断规则、故障修复相关数据均以节点属性的方式录入知识库，实现了故障诊断系统故障诊断的层次性以及相关数据与底层事件的关联，并实现了以各系统节点属性为主线的通用的数据处理方法。
[0030]依靠分系统自身的故障报警功能，触发本诊断装置工作，实现与被测系统运行机制的有机结合通过以象字典及节点属性表现的故障诊断模型，将故障诊断知识关联起来，以实现故障诊断平台的自动性和通用性。
[0031]下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台的结构示意图；
[0033]图2为本发明基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台中故障诊断的架构示意图；
[0034]图3为本发明基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台中监测和故障诊断的流程图。
【具体实施方式】
[0035]如图1所示，本实施例利用CAN总线技术，在发射平台的单或双CAN总线上串联CAN总线的中继器02，使得与CAN总线连接的各控制单元01在物理层上被中继器02划分为不同的网段，使得每一个分系统的控制单元属于同一个网段，保证了分系统间的低耦合性。通过中继器划分的一个网段，连接监测与诊断装置04，以获得在总线上广播的有效数据。
[0036]由于各分系统的控制单元01在系统运行时存在控制单元01间的互锁机制及信号相关性，导致控制单元01的内部变化往往不能直接从CAN总线获得，造成对控制单元01的工作状态不能完整监测和诊断。因此在系统内内聚性较强，状态数据吞吐量较低的分系统网段中设置实时采集设备(ATE)03，用于完成同一分系统中各控制单元01内部状态参数的采集和转发。实时采集设备03的信号输入端连接同一分系统中各控制单元01的内部状态信号输出端，实时采集设备03的信号输出端连接同一分系统所在网段的CAN总线。
[0037]实时采集设备03，用于完成对相应控制单元01内部独立的状态参数的采集，并将状态参数转换为CAN总线的数据传输格式向CAN总线发送。
[0038]这样通过中继器02的划分，即可以将监测与诊断装置04在物理连接层面以低耦合形态接入任意网段或独立网段，减小对整个发射平台造成影响，使同一网段的分系统影响减至最低，也可以获得发射平台完整的状态数据，为进一步详细诊断提供完整运行信息。
[0039]如图2所示，监测与诊断装置04由总线数据采集装置4a、数据存储转发装置4b、故障告警数据判断装置4c、事件数据处理装置4d、规则数据处理装置4e、数据特征参数存储装置4f和数据融合装置4g组成。总线数据采集装置4a的数据输入端连接CAN总线，总线数据采集装置4a的数据输出端分别连接数据存储转发装置4b和故障告警数据判断装置4c的数据输入端，故障告警数据判断装置4c的第一数据输出端连接事件数据处理装置4d的数据输入端，事件数据处理装置4d的第一数据输出端连接规则数据处理装置4e的数据输入端，规则数据处理装置4e的第一数据输出端连接数据特征参数存储装置4f的数据输入端，故障告警数据判断装置4c的第二数据输出端、事件数据处理装置4d的第二数据输出端、规则数据处理装置4e的第二数据输出端和数据特征参数存储装置4f的数据输出端分别连接数据融合装置4g的数据输入端，数据融合装置4g的控制端连接数据存储转发装置4b的受控端，数据存储转发装置4b的数据输出端连接数据融合装置4g的数据输入端，数据融合装置4g的数据输出端连接上位计算系统或显示系统。
[0040]总线数据采集装置4a，用于从CAN总线上持续采集广播数据，并双路并行输出广播数据；
[0041]数据存储转发装置4b，用于接收并存储广播数据，根据受控端信号向数据融合装置4g输出广播数据中的指定数据；
[0042]故障告警数据判断装置4c，用于根据内置的数据过滤条件，过滤出广播数据中的告警数据；并将告警数据转发事件数据处理装置4d和数据融合装置4g ；
[0043]事件数据处理装置4d，用于根据内置的事件类型数据，确定告警数据对应的故障类型，确定故障涉及的控制单元，并将故障类型和涉及的控制单元转发规则数据处理装置4e和数据融合装置4g ；
[0044]规则数据处理装置4e，用于根据内置的故障判断规则数据，确定涉及的控制单元相应故障类型判断所需的规则参数，并将判断规则参数和涉及的控制单元转发数据特征参数存储装置4f和数据融合装置4g ；
[0045]数据特征参数存储装置4f，用于根据内置的控制单元特征参数集，确定判断规则参数所对应控制单元的特征参数，并将特征参数和涉及的控制单元转发数据融合装置4g ；
[0046]数据融合装置4g，根据涉及的控制单元特征参数，形成控制端数据，从数据存储转发装置4b中读取相应控制单元相应特征的数据，结合相应控制单元的告警数据、故障类型、判断规则形成显示数据或故障判断数据。
[0047]通过监测与诊断装置04，可以将告警数据、故障类型、故障判断规则和控制单元的特征参数分离开，通过替换故障告警数据判断装置4c、事件数据处理装置4d、规则数据处理装置4e和数据特征参数存储装置4f内置的数据，就可以使得监测与诊断装置04适应不同分系统的故障判断。进而可以应用于整个发射平台的监测和诊断。
[0048]如图3所示，利用本实施例进行监测和故障诊断的一种方法，主要包括以下步骤:
[0049]SlOO，发射平台启动，各分系统运行；
[0050]sllO,总线数据采集装置4a开始采集总线上的广播数据；
[0051]sl20，数据存储转发装置4b存储广播数据；
[0052]sl30,故障告警数据判断装置4c对广播数据过滤，获取告警数据；
[0053]sl40,事件数据处理装置4d根据告警数据确定故障类型和控制单元；
[0054]sl50,规则数据处理装置4e根据故障类型确定判断规则的参数；
[0055]sl60,数据特征参数存储装置4f提供相应规则参数所对应控制单元的特征参数；
[0056]sl70，数据融合装置4g根据特征参数从数据存储转发装置4b中读取相应控制单元相应特征的数据，结合告警数据、故障类型、判断规则形成监测和告警过程的显示数据或上传数据；
[0057]sl80，分系统停止运行。
[0058]通过以上方法，可以实现对故障诊断各步骤进行灵活的组合，通过改变内置数据就可以完成对特定分系统或全平台的监测与诊断。
[0059]在本发明的一种具体实现中，通过以对象字典作为数据特征参数存储装置4f，对象字典存储了被诊断系统的所有特征参数。规则数据处理装置4e中存储判断规则，例如“如果YAll控制电流大于1A，且阀件未动作，则YAll阀件卡滞或损坏”。事件数据处理装置4d中存储故障类型，例如“XX管道压力异常”。故障告警数据判断装置4c中获取告警数据，例如“01001000011”。实际运行中，通过告警数据01001000011获得XX管道压力异常的故障类型，进而得到判断规则的判断条件，通过对象字典确定判断条件中的阀件控制电流，阀件动作两个特征参数，进而通过数据融合装置4g向数据存储转发装置4b取得相应特征参数的具体数据，结合判断条件形成显示数据或故障判断数据。
[0060]通过监测与诊断装置04获得监测与诊断步骤的分离结构，实现了被诊断系统与诊断系统之间的灵活关联，更易实现界面及规则建立的通用性。
[0061]实现了诊断系统按“故障分析一〉事件分析一〉规则分析一〉特征参数分析”的步骤，分析出被诊断系统的所有特征参数，形成一个特征参数集合，这个集合即为对象字典，对象字典中每个特征参数都是唯一的，某个特征参数不再属于某个规则或某棵树，而是统一在对象字典中存储。当需要确定显示界面的显示内容或建立规则时，只需要从对象字典中选取并设置即可。因此，针对不同的被诊断系统，其界面和规则的多样性，可通过对象字典这个媒介使之通用化。
[0062]对于对象字典来说，各种特征属性都是对象字典的组成部分，特征参数以及维修方法、备件信息等都是该控制单元的属性，以属性为主线，就能将专家知识(包括判断规则、维修方法等知识)以规范化和统一化的方法进行获取和录入。
[0063]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台，包括CAN总线和中继器(02)，其特征在于:通过中继器(02)将CAN总线划分为不同的网段，使得每一个分系统的控制单元(01)属于同一个网段；还包括与CAN总线上一个网段相连接的监测与诊断装置(04)。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台，其特征在于:所述监测与诊断装置(04)由总线数据采集装置(4a)、数据存储转发装置(4b)、故障告警数据判断装置(4c)、事件数据处理装置(4d)、规则数据处理装置(4e)、数据特征参数存储装置(4f)和数据融合装置(4g)组成； 总线数据采集装置(4a)的数据输入端连接CAN总线，总线数据采集装置(4a)的数据输出端分别连接数据存储转发装置(4b)和故障告警数据判断装置(4c)的数据输入端，故障告警数据判断装置(4c)的第一数据输出端连接事件数据处理装置(4d)的数据输入端，事件数据处理装置(4d)的第一数据输出端连接规则数据处理装置(4e)的数据输入端，规则数据处理装置(4e)的第一数据输出端连接数据特征参数存储装置(4f)的数据输入端，故障告警数据判断装置(4c)的第二数据输出端、事件数据处理装置(4d)的第二数据输出端、规则数据处理装置(4e)的第二数据输出端和数据特征参数存储装置(4f)的数据输出端分别连接数据融合装置(4g)的数据输入端，数据融合装置(4g)的控制端连接数据存储转发装置(4b)的受控端，数据存储转发装置(4b)的数据输出端连接数据融合装置(4g)的数据输入端，数据融合装置(4g)的数据输出端连接上位计算系统或显示系统； 总线数据采集装置(4a)，用于从CAN总线上持续采集广播数据，并双路并行输出广播数据； 数据存储转发装置(4b)，用于接收并存储广播数据，根据受控端信号向数据融合装置(4g)输出广播数据中的指定数据； 故障告警数据判断装置(4c) ，用于根据内置的数据过滤条件，过滤出广播数据中的告警数据；并将告警数据转发事件数据处理装置(4d)和数据融合装置(4g)； 事件数据处理装置(4d)，用于根据内置的事件类型数据，确定告警数据对应的故障类型，确定故障涉及的控制单元，并将故障类型和涉及的控制单元转发规则数据处理装置(4e)和数据融合装置(4g); 规则数据处理装置(4e)，用于根据内置的故障判断规则数据，确定涉及的控制单元相应故障类型判断所需的规则参数，并将判断规则参数和涉及的控制单元转发数据特征参数存储装置(4f)和数据融合装置(4g)； 数据特征参数存储装置(4f)，用于根据内置的控制单元特征参数集，确定判断规则参数所对应控制单元的特征参数，并将特征参数和涉及的控制单元转发数据融合装置(4g); 数据融合装置(4g)，根据涉及的控制单元特征参数，形成控制端数据，从数据存储转发装置(4b)中读取相应控制单元相应特征的数据，结合相应控制单元的告警数据、故障类型、判断规则形成显示数据或故障判断数据。
3.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台，其特征在于:所述网段中设置实时采集设备(03)，实时采集设备(03)用于完成同一分系统中各控制单元(01)内部状态参数的采集和转发；实时采集设备(03)的信号输入端连接同一分系统中各控制单元(01)的内部状态信号输出端，实时采集设备(03)的信号输出端连接同一分系统所在网段的CAN总线。
4.根据权利要求1至3所述的基于CAN总线的状态监测与故障诊断通用平台进行监测和故障诊断的一种方法，其特征在于包括以下步骤:slOO，发射平台启动，各分系统运行；sllO，总线数据采集装置(4a)开始采集总线上的广播数据；s 120，数据存储转发装置(4b)存储广播数据；sl30,故障告警数据判断装置(4c)对广播数据过滤，获取告警数据；sl40，事件数据处理装置(4d)根据告警数据确定故障类型和控制单元；sl50，规则数据处理装置(4e)根据故障类型确定判断规则的参数；sl60,数据特征参数存储装置(4f)提供相应规则参数所对应控制单元的特征参数；sl70，数据融合装置(4g)根据特征参数从数据存储转发装置(4b)中读取相应控制单元相应特征的数据，结合告警数据、故障类型、判断规则形成监测和告警过程的显示数据或上传数据； s 180,分系统 停止运行。
【文档编号】G01M99/00GK103487276SQ201310470088
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】李 荣, 吴齐才, 袁海斌, 王小军, 王忻, 杨锋, 李道平, 苏娟, 凌牧, 丁晓磊, 李江, 徐姣姣 申请人:北京航天发射技术研究所, 中国运载火箭技术研究院