1．介紹
網絡化的虛擬儀器可以為遠程故障診斷提供形象生動的現場資源，增強臨場感。CSCW技術可以支持多個專家在網絡環境下實現協同診斷，充分體現遠程會診的思想。本文分別采用NI的LabVIEW /G Web Server技術和DataSocket技術實現診斷對象的遠程狀態監控；并基于Data Socket技術開發一個多功能的CSCW遠程協同故障診斷平臺。
2．虛擬儀器網絡化
2．1概述
虛擬儀器網絡化是指將工作于試驗現場的虛擬儀器通過網絡擴展到遠程應用領域。
作為虛擬儀器領域的領頭羊，NI公司在虛擬儀器領域取得了豐碩成果。隨著Internet技術的飛速發展，NI更是全力出擊，分別以DataSocket技術、RDA技術、OPC技術為基礎開發了能夠實現遠程監控的多種軟件平臺和工具，如Internet Developes Toolkit（簡稱IDT）、Lookout等。
IDT是NI的面向G語言應用環境的網絡應用開發工具包。IDT提供了G環境下的虛擬儀器與Internet連接的手段，從而實現在Internet上存取數據或將虛擬儀器的前面板（Front Panel）發布到Internet上。它包括4種組件：FTP VIs、SMTP VIs、TELNET VIs、URL VIs，另外包括一個內置的Web服務器G Web Server。其中，G Web Server可以提供遠程用戶基于瀏覽器訪問虛擬儀器面板的功能。IDT的工作方式為LabVIEW的虛擬儀器網絡化提供了便捷的通道。它的好處有：不需開發專門的客戶端軟件；開放性好，無需分發客戶端軟件，用戶可隨時加入；服務器端不需編寫專門的網關處理程序，可以直接用該工具包提供的VI實現；原有的LabVIEW應用可以輕松地提升到網絡環境；通過FTP、SMTP自動傳輸現場數據和信息，便于在遠程進一步分析。
2．2遠程監控系統的組成
對于發生故障進行維修，或定期大修的發動機，一般需要上臺架試車，而試車場地一般處于比較偏遠的山區或曠野。這時就可以借助于遠程虛擬儀器技術，將試車現場虛擬儀器的前面板通過G Web Server在Internet上發布，可以滿足身處異地的專家同行們進行評價和診斷，其實際意義是明顯的。
本文以某小型無人機的動力裝置試車臺為例，實現試車臺的遠程狀態監視。該小型動力裝置是航模、無人駕駛偵察機和耙機等飛行器經常采用的一種帶螺旋槳的活塞式動力裝置。測試系統由試驗臺架、信號調理控制器、計算機等組成。計算機采用奔騰III工業控制計算機，配置了一塊NI公司的多功能數據采集卡Lab- PC-1200。這里利用5個AD通道采集缸頭溫度、排氣溫度、推力、扭矩和油門桿位置給定信號，利用定時計數器測量轉速信號。設計了信號調理與控制器，用于向傳感器提供激勵電源，對傳感器輸出的微弱信號進行濾波放大，給風門的舵機提供脈寬調制信號以便控制舵機位置，并提供2個開關實現發動機的停車控制。

NI若干技術在設備遠程故障診斷中的應用
The Application of several NI technologies used in remote fault diagnosis of devices
作者：張天宏
職務：教師
單位：南京航空航天大學能源與動力學院，南京，210016

應用領域：工業自動化
挑戰：將診斷設備現場的監測儀表延伸到Internet上，并提供基于CSCW的協同診斷工作環境。
應用方案：采用NI的LabVIEW、Internet Developes Toolkit、ComponentWorks分別實現了虛擬儀器的遠程應用、CSCW的協同診斷工作環境，為設備遠程故障診斷提供了強有力的手段。
使用產品：LabVIEW、Internet Developes Toolkit、ComponentWorks

1．介紹
網絡化的虛擬儀器可以為遠程故障診斷提供形象生動的現場資源，增強臨場感。CSCW技術可以支持多個專家在網絡環境下實現協同診斷，充分體現遠程會診的思想。本文分別采用NI的LabVIEW /G Web Server技術和DataSocket技術實現診斷對象的遠程狀態監控；并基于Data Socket技術開發一個多功能的CSCW遠程協同故障診斷平臺。
2．虛擬儀器網絡化
2．1概述
虛擬儀器網絡化是指將工作于試驗現場的虛擬儀器通過網絡擴展到遠程應用領域。
作為虛擬儀器領域的領頭羊，NI公司在虛擬儀器領域取得了豐碩成果。隨著Internet技術的飛速發展，NI更是全力出擊，分別以DataSocket技術、RDA技術、OPC技術為基礎開發了能夠實現遠程監控的多種軟件平臺和工具，如Internet Developes Toolkit（簡稱IDT）、Lookout等。
IDT是NI的面向G語言應用環境的網絡應用開發工具包。IDT提供了G環境下的虛擬儀器與Internet連接的手段，從而實現在Internet上存取數據或將虛擬儀器的前面板（Front Panel）發布到Internet上。它包括4種組件：FTP VIs、SMTP VIs、TELNET VIs、URL VIs，另外包括一個內置的Web服務器G Web Server。其中，G Web Server可以提供遠程用戶基于瀏覽器訪問虛擬儀器面板的功能。IDT的工作方式為LabVIEW的虛擬儀器網絡化提供了便捷的通道。它的好處有：不需開發專門的客戶端軟件；開放性好，無需分發客戶端軟件，用戶可隨時加入；服務器端不需編寫專門的網關處理程序，可以直接用該工具包提供的VI實現；原有的LabVIEW應用可以輕松地提升到網絡環境；通過FTP、SMTP自動傳輸現場數據和信息，便于在遠程進一步分析。
2．2遠程監控系統的組成
對于發生故障進行維修，或定期大修的發動機，一般需要上臺架試車，而試車場地一般處于比較偏遠的山區或曠野。這時就可以借助于遠程虛擬儀器技術，將試車現場虛擬儀器的前面板通過G Web Server在Internet上發布，可以滿足身處異地的專家同行們進行評價和診斷，其實際意義是明顯的。
本文以某小型無人機的動力裝置試車臺為例，實現試車臺的遠程狀態監視。該小型動力裝置是航模、無人駕駛偵察機和耙機等飛行器經常采用的一種帶螺旋槳的活塞式動力裝置。測試系統由試驗臺架、信號調理控制器、計算機等組成。計算機采用奔騰III工業控制計算機，配置了一塊NI公司的多功能數據采集卡Lab- PC-1200。這里利用5個AD通道采集缸頭溫度、排氣溫度、推力、扭矩和油門桿位置給定信號，利用定時計數器測量轉速信號。設計了信號調理與控制器，用于向傳感器提供激勵電源，對傳感器輸出的微弱信號進行濾波放大，給風門的舵機提供脈寬調制信號以便控制舵機位置，并提供2個開關實現發動機的停車控制。

圖1 試車臺的遠程監控網絡環境

本文研究目的是通過遠程虛擬儀器技術實現對試車臺遠程監控。除了在試驗現場一端具備虛擬儀器測試條件，還需要網絡環境的支持。圖1是試車臺遠程監控系統網絡環境。
2．3基于G Web Server的實現
2.3.1在LabVIEW下設計虛擬儀器
在LabVIEW的虛擬儀器面板中，將輸入和輸出的控制放置于不同顏色的矩形塊上，用不同的儀器來顯示溫度、耗油率、推力等值。面板的左邊放置用戶的本地操作，右邊用于顯示被測參數。在瀏覽器中，用戶可獲取系統設置和當前的運行狀態。這里更強調系統工作狀態的共享。
2.3.2在G Web Server上發布
利用G Web Server并結合LabWIEW環境下IDT工具包的CGI VIs和CGI Animations編程工具，可在瀏覽器中實現啟動、停止、參數傳遞、密碼保護等用戶交互功能，以靜態圖像（snap）或動態圖像(monitor)顯示所發布的VI，對試驗對象進行遠程監控。這里用LabVIEW的Html Document Builder自動生成Html文檔。將該文檔發布到G Web Server上，使用瀏覽器訪問文檔時啟動該測控系統，以實施遠程監控，使不同地域的技術人員共同監視試驗過程。圖2為系統工作于遠程監控狀態時的界面。

2.3.3系統分析
基于該系統，我們對40F發動機進行了試驗，系統在實際運行中工作得比較理想。由于在本地局域網上數據傳輸速率能達到幾百K字節每秒，可以將刷新速率提高，從而可取得較好的運行效果。當然，這里所設計的虛擬儀器面板有些簡單，實際上可結合CGI編程、FTP VIs等，設計出功能更加完備的遠程虛擬儀器系統。
但是，基于G Web Server實現的遠程虛擬儀器是通過傳輸圖像來實現的，這樣勢必會消耗大量的網絡資源，實時性差，而在Internet上因為受到網絡帶寬的限制，這種缺點將更明顯。此外，盡管基于G Web Server可以通過 CGI編程實現遠程虛擬儀器的操縱，但開發起來不太方便，功能也不夠靈活。
一種解決方法是，在客戶端的瀏覽器上運行某種插件，如ActiveX或Java的Applet，利用網上傳輸過來的現場數據重現現場的虛擬儀器。這樣速度快，更具有臨場真實感。當然，如果直接通過網絡編程，將現場采集的數據在遠程用戶一端用虛擬儀器界面再現，即在網絡上僅傳輸數據，這種解決問題的方法是最徹底的。但是這種方法將需要大量的網絡編程工作量。為此，本文采用NI的DataSocket技術解決網絡編程問題。
2．4基于DataSocket 的實現

2．4．1 DataSocket的技術原理
關于網絡編程，我們已習慣于采用TCP/IP編程接口、DDE等技術實現網絡環境下的數據共享，但它們使用起來并不方便，開發效率不高，于是日益廣泛和復雜的網絡應用勢必需要大量的編程工作量。DataSocket是NI公司提供的一種基于TCP/IP協議的網絡編程新技術，它支持本地文件I/O操作、FTP和HTTP文件傳輸、實時數據共享，并提供統一的API編程接口。從數據共享的角度，它是對WinSock的高級封裝，因此具有使用方便、編程工作量少、不需了解底層操作過程等優點，特別適合于遠程數據采集、監控和數據共享等應用程序的開發。
DataSocket包括兩部分：即DataSocket API和DataSocket Server。前者提供統一的編程接口，作為客戶，可以在多種編程環境下與多種數據類型通信。NI分別提供了DataSocket的ActiveX控件、Labwindows /CVI C庫、一系列的LabVIEW的VIs，所以可以在任何編程環境下使用。本文使用Component Works中提供的ActiveX控件。后者是一種輕量級的、獨立的服務器組件，通過該服務器，使用DataSocket API程序可以發布、并以很高的速度廣播實時數據到多個遠程客戶。
2．4．2將DataSocket集成到Web應用中
由于瀏覽器技術的發展，使得在瀏覽器中運行插件（如Java小程序Applet、ActiveX控件或文檔）成為可能。基于這種思路，我們將DataSocket ActiveX控件進一步封裝，實現具有一定功能的AcitveX控件（聚合控件）并集成到Web頁面上，同時將現場數據發布到DataSocket Server上。這樣，用戶通過在瀏覽器上訪問該Web頁面即可實現遠程監控。



本文采用DataSocket ActiveX控件和VB6.0開發環境實現了遠程監控的Web應用。具備的條件是：Compentworks的DataSocket控件和UserInterface控件；VB6.0專業版；IE4.0。圖3是試車臺遠程監控用聚合控件的界面。
3．遠程故障診斷的CSCW環境
3．1 CSCW與遠程故障診斷
所謂CSCW，即"計算機支持的協同工作"（Computer Supported Cooperative Work），是研究用計算機系統支持人們進行協同工作的技術，具體地說就是研究如何利用計算機技術、多媒體技術和網絡通信技術，支持工作群體成員在共享環境下的協同工作、交互協商、分工合作，共同完成特定任務。
遠程故障診斷的一種重要工作形式就是，在計算機網絡環境支持下，由多個領域專家，在不同的地域相同的時間，對一個指定的疑難故障現象進行協同會診。因此，這種工作方式需要CSCW環境的支持。
遠程故障診斷的CSCW環境與一般的CSCW系統的結構相似。該環境應具有如下功能：多種共享交互功能（文字、圖片、語音、視頻等多媒體交互）；會議召集、主持、總集；提供診斷設備現場的診斷信息資源；登記、管理、維護功能等。
基于Web的CSCW系統綜合利用現代動態Web開發的多種技術，可以滿足遠程協同診斷的一般要求，但在共享工作空間、協同設計方面功能較弱，這主要是因為受到瀏覽器應用環境的限制。所以本文研究了基于NI的DataSocket技術實現CSCW的共享工作空間。
3．2基于DataSocket技術的實現
設計思想是，用DataSocket控件本身固有的遠程數據傳輸的功能，實現文字、圖片、語音等數據信息的遠程傳輸，并將多種傳輸功能融入CSCW應用中。為了達到應用共享的目的，采用截獲系統中的輸入設備事件協議流和窗口事件協議流的方法，在數據發送端首先形成具有一定規律的數據流，再用DataSocket控件的寫操作把這些數據傳輸到DataSocket服務器端，在各個客戶端，用讀操作從服務器端獲取數據流，然后對數據流進行解析，恢復為原始信息并在客戶端形成響應。這樣就實現了協同工作的基本流程。
基于DataSocket實現的CSCW用戶界面如圖4所示，參與協同診斷的用戶都需要運行特別設計的CSCW程序，并需要一個DataSocket Server提供信息中轉。

4．結論
為了實現設備遠程故障診斷，本文采用NI的LabVIEW、Internet Tool Kit、ComponentWorks分別實現了虛擬儀器的遠程應用、CSCW的協同診斷工作環境。基于Internet Toolkit實現遠程監控的特點是圖像快照傳輸，它具有實現便捷、不需開發專門的客戶端程序，但速度慢，臨場感不強。基于DataSocket技術，將虛擬儀器的界面封裝為可以在瀏覽器中運行的ActiveX插件，在網絡上只需傳輸數據，從而在客戶端實現了真正的虛擬儀器，臨場感更強，這是將來的發展方向。基于DataSocket技術實現的CSCW平臺具有靈活性好功能強的特點，可以實現文件、圖片、語音、視頻和數據的傳輸，并可以實現共同操作和批注功能。
需要說明的是，NI產品在網絡支持方面不斷進步，如新版的LabVIEW和Lookout均具有強大的網絡應用功能。新的工具將為設備遠程故障診斷提供更有效的技術支持。