專家系統(tǒng)在電梯故障診斷中的應(yīng)用研究
來源：本站 發(fā)布時(shí)間：2014-02-21 17:30:49 點(diǎn)擊次 概述：本文介紹了對(duì)某電梯廠出廠前對(duì)電梯控制柜進(jìn)行調(diào)試的在線狀態(tài)監(jiān)測及其故障診斷的專家系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn),對(duì)研究和開發(fā)同類的專家系統(tǒng)有參考價(jià)值.
關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng),電梯，故障診斷。
1 引言
由于電子技術(shù)的高速發(fā)展，電梯控制技術(shù)也發(fā)生了很大的變革，由以前的簡單的繼電器——接觸器控制發(fā)展成為可編程程序控制器（PLC）控制和微機(jī)控制，而微機(jī)控制技術(shù)現(xiàn)在更是得到了長足的發(fā)展，使電梯運(yùn)行速度、質(zhì)量和可靠性都有了很大的提高。為了減少在現(xiàn)場的接線和調(diào)試時(shí)間，電梯控制柜都是先按照要求在廠里接好并調(diào)試好，但微機(jī)電梯控制柜的參數(shù)眾多，接線復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工查找故障和處理故障的方式就越來越不適應(yīng)了，為了減少工人的調(diào)試時(shí)間，提高工作效率，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)電梯測試平臺(tái)，以模擬電梯在現(xiàn)場運(yùn)行所需要的各種信號(hào)，同時(shí)用專家系統(tǒng)建立了一個(gè)專家系統(tǒng)，用于測試時(shí)的在線監(jiān)測以及實(shí)時(shí)故障的診斷。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
該故障診斷專家系統(tǒng)以研華工控機(jī)為主機(jī)，它主要功能是通過軟件模擬電梯運(yùn)行現(xiàn)場的各種信號(hào)，對(duì)電梯控制柜的端口狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測利用5塊研祥的PCL-722直接和工控機(jī)的總線相連，通過軟件設(shè)置各個(gè)通道的I/O狀態(tài)配合相應(yīng)的輸入/輸出端口板直接與電梯控制柜的端口相連，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送，采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送給故障診斷專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，故障診斷專家系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)電梯控制柜當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和診斷。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
3 電梯故障診斷專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
本故障診斷專家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、知識(shí)獲取機(jī)制、解釋機(jī)制、人機(jī)接口和系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口7個(gè)部分組成，故障專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2：
知識(shí)庫 用于存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識(shí)，設(shè)計(jì)和建造知識(shí)庫是建造專家系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵工作，其實(shí)質(zhì)就將專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)分成實(shí)事和規(guī)則，以便于將使用和管理的形式組織起來存入計(jì)算機(jī)，用于問題的求解。專家系統(tǒng)的問題求解是運(yùn)用專家的知識(shí)來模擬專家的思維方式進(jìn)行的，所以，知識(shí)是決定一個(gè)專家系統(tǒng)性能優(yōu)越與否的關(guān)鍵因素，一個(gè)專家系統(tǒng)的能力就取決于其知識(shí)庫中所含知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量。
推理機(jī)在一定的控制策略下，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的當(dāng)前問題信息進(jìn)行識(shí)別和選取知識(shí)庫中的可用知識(shí)進(jìn)行推理，以修改實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫直至最終得出問題的求解結(jié)果。推理機(jī)可以采用正向推理、逆向推理及雙向推理等策略，推理機(jī)的程序與知識(shí)庫的具體內(nèi)容無關(guān)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫反映具體問題在當(dāng)前求解狀態(tài)下的符號(hào)或事實(shí)的集合，它由問題的有關(guān)初始數(shù)據(jù)、現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)求解過程中所產(chǎn)生的所有中間信息所組成。
知識(shí)獲取機(jī)制 負(fù)責(zé)建立、修改與擴(kuò)充知識(shí)庫，以及對(duì)知識(shí)庫的一致性、完整性等進(jìn)行維護(hù)。知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)可以僅僅是一個(gè)知識(shí)編輯程序，也可以是一個(gè)復(fù)雜的知識(shí)獲取子系統(tǒng)，用來完成自動(dòng)知識(shí)獲取、自動(dòng)知識(shí)求精等功能。
解釋機(jī)制用于對(duì)求解過程作出說明，并回答用戶提出的問題。它模擬專家在解決問題時(shí)對(duì)其推理過程進(jìn)行解釋，負(fù)責(zé)對(duì)推理結(jié)論進(jìn)行解釋，是專家系統(tǒng)透明的集中表現(xiàn)。在專家系統(tǒng)中設(shè)置解釋機(jī)制的目的在于使用戶更容易接受整個(gè)推理過程和所得出的結(jié)論，同時(shí)也為系統(tǒng)的維護(hù)和專家經(jīng)驗(yàn)的傳授提供方便。
人機(jī)接口在信息的內(nèi)部形式和人可接受的形式之間進(jìn)行交換。很多系統(tǒng)都提供了用戶熟悉的表現(xiàn)形式如自然語言、圖形、表格等。這些形式與信息的內(nèi)部表示形式相差很遠(yuǎn)，必須由人機(jī)接口加以轉(zhuǎn)換。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口主要是完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受。將電梯控制柜上的各端口數(shù)據(jù)采集進(jìn)工控機(jī)，同時(shí)將工控機(jī)發(fā)出的模擬現(xiàn)場的電梯命令送給電梯控制柜，電梯控制柜根據(jù)送來的命令進(jìn)行工作。
4 電梯控制柜故障診斷專家系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)
電梯控制柜故障診斷專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為：Windows 98中文操作系統(tǒng)，Access2000數(shù)據(jù)庫，整個(gè)系統(tǒng)用Visual Basic6.0開發(fā)完成。
4.1知識(shí)的獲取
知識(shí)獲取是將人類專家獲取領(lǐng)域知識(shí)并將其轉(zhuǎn)化為知識(shí)庫的過程，是建造專家系統(tǒng)的主要困難階段，而知識(shí)庫的質(zhì)量直接決定了專家系統(tǒng)解決問題的能力。因此，知識(shí)獲取是建造專家系統(tǒng)的瓶頸問題。知識(shí)的自動(dòng)獲取是未來專家系統(tǒng)進(jìn)一步研究的方向，目前主要采用領(lǐng)域?qū)＜液椭R(shí)工程師相結(jié)合的人工獲取知識(shí)方式。在這里，我們采用工廠調(diào)試專家向知識(shí)工程師提供故障時(shí)端口的狀態(tài)和目前故障的類型以及它們之間的相互關(guān)系等領(lǐng)域知識(shí)，同時(shí)知識(shí)工程師現(xiàn)場調(diào)試獲取故障信息，知識(shí)工程師對(duì)這些信息進(jìn)行分析和處理，建立合適的結(jié)構(gòu)和規(guī)則，最終變成知識(shí)系統(tǒng)接受的知識(shí)表示形式，設(shè)計(jì)出專家知識(shí)庫，同時(shí)在實(shí)際的測試過程中，如果沒有發(fā)現(xiàn)適合的知識(shí)，則對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行必要的完善，以達(dá)到真正的實(shí)用、好用為止。
4.2知識(shí)庫的建立
知識(shí)庫存放問題求解需要的領(lǐng)域知識(shí)，知識(shí)的種類一般包括作為專家經(jīng)驗(yàn)的判斷性知識(shí)，以及描述各種事實(shí)的知識(shí)。知識(shí)的表示形式是多樣的，包括產(chǎn)生式規(guī)則表示法，語義網(wǎng)絡(luò)表示法，框架表示法，概念表示法等。專家系統(tǒng)的利用以擁有知識(shí)為前提，而知識(shí)在系統(tǒng)中有一定的表達(dá)模式。
在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)的知識(shí)由診斷知識(shí)構(gòu)成，知識(shí)的表示采用框架表示法。所謂框架，就是表示實(shí)體類型的數(shù)結(jié)構(gòu)，一個(gè)框架由一組槽組成，每個(gè)槽表示對(duì)象的一個(gè)屬性，槽的值就是對(duì)象的屬性值，一個(gè)槽可以由若干個(gè)側(cè)面所組成每個(gè)側(cè)面可以有一個(gè)或者多個(gè)值。系統(tǒng)主要由兩個(gè)框架所組成，一個(gè)是故障框架，一個(gè)是判斷規(guī)則框架。故障框架主要包括故障名稱槽，電梯控制柜各端口當(dāng)前狀態(tài)槽，判斷故障規(guī)則槽。判斷規(guī)則框架主要有判斷規(guī)則正文，故障原因，解決故障的方法。框架容易由面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中框架的表示形式如下：
例如：
故障框架一
故障名稱：電梯不能啟動(dòng)
確認(rèn)條件：有呼梯信號(hào)，方向信號(hào)
判斷規(guī)則：
判斷規(guī)則框架一
判斷規(guī)則正文：有變頻器故障信號(hào)
故障原因：變頻器故障
原因置信度：0.8
處理方法：檢查變頻器設(shè)置
判斷規(guī)則框架二
判斷規(guī)則正文：有速度信號(hào)，方向信號(hào)，無運(yùn)行信號(hào)，關(guān)門信號(hào)，關(guān)門到位信號(hào)
故障原因：電梯控制柜有超載信號(hào)輸入，或者關(guān)門到位接線錯(cuò)誤
原因置信度：0.6
處理方法：檢查超載信號(hào)端和關(guān)門到位信號(hào)
4.3 推理機(jī)的建立
專家系統(tǒng)中的推理方式通常有三種：①從目標(biāo)出發(fā)，以反向驗(yàn)證的方式進(jìn)行推理；②從所收集的原始數(shù)據(jù)出發(fā)，以向目標(biāo)歸納的方式進(jìn)行的推理；③將以上兩種方式的推理結(jié)合起來的，以雙向混合方式進(jìn)行的推理。
電梯的故障有兩類，一類使電梯禁用，即使故障排除，也必須由維修人員到現(xiàn)場使電梯控制柜恢復(fù)正常，另一類是使電梯不禁用，故障解除后，電梯控制柜能自動(dòng)的正常運(yùn)行。我們根據(jù)電梯控制柜故障的特點(diǎn)，采用深度優(yōu)先的搜索策略，利用正向端口數(shù)據(jù)推理和逆向目標(biāo)推理相結(jié)合的方式，快速查找故障原因。
在實(shí)際測試的時(shí)候，如果電梯控制柜端口不正常，則根據(jù)當(dāng)前的
