專家系統(tǒng)在電氣設(shè)備缺陷診斷中的應(yīng)用

1、專家系統(tǒng)在電氣設(shè)備缺陷診斷中的應(yīng)用摘要：在分析人工智能缺陷診斷必要的基礎(chǔ)上，開 發(fā)了一個(gè)基于知識(shí)的電廠電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)，并依 次對(duì)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和人機(jī)接口進(jìn)行詳盡闡述，最后 通過實(shí)例驗(yàn)證系統(tǒng)的智能性和有效性。關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng)；缺陷診斷；電氣設(shè)備電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)和使用過程中，由于人為和環(huán)境原因， 會(huì)存在一定的缺陷，如斷路器跳閘設(shè)計(jì)存在的缺陷、變壓器 油箱漏油缺陷、電氣設(shè)備絕緣老化缺陷等，這些缺陷如果沒 有及時(shí)、正確處理，就會(huì)引起電力故障，危及電網(wǎng)運(yùn)行安全， 嚴(yán)重還會(huì)引起重大電網(wǎng)事故。在處理電氣設(shè)備缺陷方面，傳 統(tǒng)方法是運(yùn)行人員在發(fā)生設(shè)備缺陷時(shí)，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合 設(shè)備說明書、原來的設(shè)

2、備記錄，甚至尋找廠家?guī)兔Φ仁侄尾?找缺陷原因和處理方法。顯然，這種查找分析方法，既耗費(fèi) 大量的時(shí)間、人力和物力，也容易出錯(cuò)，弓I起更大的電力事 故。而科技的進(jìn)步，電網(wǎng)的發(fā)展，電氣設(shè)備更加復(fù)雜精密， 電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行更加重要，因此需要更專業(yè)人員的指導(dǎo) 對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行快速準(zhǔn)確處理。作為人工智能應(yīng)用領(lǐng)域最活躍的一個(gè)分支，專家系統(tǒng)始 終是研究的熱點(diǎn)。它是在某一特定領(lǐng)域，在一定推理機(jī)制的 邏輯判斷下，運(yùn)用專家們的豐富知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)問題進(jìn)行分 析和處理。本文開發(fā)的電廠電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)，運(yùn) 用 PowerBuilder 開發(fā)工具，結(jié)合 Access 數(shù)據(jù)庫(kù)，把專家豐富 的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)存入系統(tǒng)。當(dāng)

3、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備存在缺陷時(shí)，只要 輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就會(huì)很快顯示缺陷起因和處理方法，從 而為運(yùn)行人員快速、準(zhǔn)確解決問題提供有效途徑，實(shí)現(xiàn)設(shè)備 缺陷診斷和處理的智能化，符合現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的需要。一、電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)工作原理是根據(jù)用戶要求，以工作數(shù)據(jù)庫(kù)為出 發(fā)點(diǎn)，在控制策略指導(dǎo)下，運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中有關(guān)知識(shí)，通過逐 步推理判斷，從而實(shí)現(xiàn)求解的目標(biāo)， 主要由知識(shí)庫(kù)、 推理機(jī)、 解釋機(jī)制和知識(shí)獲取 4 部分組成，其最大的特點(diǎn)是能運(yùn)用人 類專家豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，模擬人類專家對(duì)問題進(jìn)行求解。二、電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.知識(shí)庫(kù)。知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)體現(xiàn)人工智能功能的基礎(chǔ)， 關(guān)系到專家系統(tǒng)的

4、能力，一個(gè)完整的知識(shí)庫(kù)包括 4 個(gè)方面： 知識(shí)庫(kù)組織、知識(shí)表示、知識(shí)獲取和知識(shí)庫(kù)管理。 （ 1）知識(shí) 庫(kù)的組成。知識(shí)庫(kù)組織是對(duì)該領(lǐng)域人類專家豐富的經(jīng)驗(yàn)和知 識(shí)歸納、總結(jié)和分類。本系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的知識(shí)只要來源于關(guān)于 電廠變壓器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、繼電保護(hù)設(shè)備等設(shè)備及其相 關(guān)輔助設(shè)備缺陷的權(quán)威著作文獻(xiàn)、專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，全面系統(tǒng) 反應(yīng)這些設(shè)備存在缺陷的各個(gè)方面，基本涵蓋分析這些設(shè)備 缺陷遇到的問題和解決方案。根據(jù)電廠電氣設(shè)備本身的特點(diǎn) 及其相互聯(lián)系，結(jié)合相關(guān)廠家的說明，某電廠電氣設(shè)備缺陷 分成 5 類 50 種，以樹的形式表示出來，在每一子樹下包含 著設(shè)備不同部件、不同屬性的缺陷信息。 （ 2）知識(shí)表示。知

5、 識(shí)表示是一組用于描述知識(shí)對(duì)象的語(yǔ)法和語(yǔ)義約定，是聯(lián)系 專家系統(tǒng)與外界信息的橋梁，起到接收與傳遞的作用。知識(shí) 表示方法有框架式結(jié)構(gòu)表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、面向?qū)?象表示法。產(chǎn)生式規(guī)則表示法的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、明了，比 較符合人類的邏輯思維規(guī)律，容易理解，易于表達(dá)。目前， 本系統(tǒng)中有兩百多條規(guī)則，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和技術(shù)的進(jìn)步， 知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則將會(huì)不斷完善。 （ 3）知識(shí)獲取。知識(shí)獲取是 將求解問題的各種專業(yè)人類專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)或其他知識(shí)源轉(zhuǎn) 換到知識(shí)庫(kù)的一種方式。目前專家系統(tǒng)的知識(shí)獲取方法主要 有三種途徑：人工獲取、自動(dòng)獲取和半自動(dòng)獲取。該電廠專 家系統(tǒng)采用半自動(dòng)獲取方法，通過以自然語(yǔ)言交互方式與電

6、 氣設(shè)備領(lǐng)域的人類專家直接對(duì)話，以獲取知識(shí)，形成規(guī)則， 構(gòu)造知識(shí)庫(kù)。為防止用戶輸入知識(shí)的隨意性，系統(tǒng)采用二級(jí) 存儲(chǔ)方案，只有當(dāng)新知識(shí)通過試運(yùn)行被證明可靠后，才將其 并入知識(shí)庫(kù)，保證了知識(shí)的一致性，使系統(tǒng)的知識(shí)得以不斷 的更新與補(bǔ)充。 （ 4）知識(shí)庫(kù)管理。知識(shí)庫(kù)管理是為了獲取知 識(shí)和管理知識(shí)提供各種操作，使專家方便對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)充 和完善， 包括編輯、 插入、 修改、查詢、 顯示、刪除、存貯、 打印等。知識(shí)庫(kù)管理模塊由各類電氣設(shè)備缺陷類型、缺陷特 征、缺陷產(chǎn)生原因、解決缺陷措施的規(guī)則及知識(shí)庫(kù)編輯和建 立這 5 部分組成。本專家系統(tǒng)在使用過程中，知識(shí)庫(kù)是不斷 隨著新知識(shí)的生成而不斷吸收、不斷擴(kuò)充，

7、具有很好的擴(kuò)展 性，從而使知識(shí)庫(kù)不斷更新和完善。 2. 推理機(jī)。推理機(jī)是專 家系統(tǒng)體現(xiàn)人工智能的決定性因素，它的任務(wù)是通過選擇和 使用知識(shí)庫(kù)的知識(shí)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)耐评砜刂撇呗赃M(jìn)行推理，實(shí) 現(xiàn)對(duì)實(shí)際問題的求解。正向推理、反向推理、正向與反向推 理相結(jié)合的混合推理是推理控制策略的三種方式，產(chǎn)生式系 統(tǒng)可以采用正向推理和反向推理。根據(jù)電氣設(shè)備缺陷產(chǎn)生的 特點(diǎn)以及人們解決電氣設(shè)備缺陷問題的習(xí)慣性思維，本系統(tǒng) 采用正向推理的控制策略，正向推理是指根據(jù)缺陷產(chǎn)生的一 系列現(xiàn)象出發(fā)，尋找引起這些現(xiàn)象的缺陷及其解決方案。3.人機(jī)接口。專家系統(tǒng)的人一機(jī)接口是系統(tǒng)與用戶之間 進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換的紐帶，即將用戶輸入的信息翻譯成

8、系統(tǒng)可識(shí) 別的形式，將系統(tǒng)向用戶輸出的信息轉(zhuǎn)換為人類可接受的形 式。本系統(tǒng)采用 PowerBuilder 5.0 設(shè)計(jì)的人機(jī)接口，界面非 常友好。本系統(tǒng)采用菜單選擇和描寫錄入的方式向用戶獲取 初始信息，用戶在菜單下選擇主設(shè)備，并根據(jù)實(shí)際情況把缺 陷現(xiàn)象錄入即可。三、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)上面所述專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和思路，本文采用PowerBuilder 5.0開發(fā)工具，以Access數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了 電廠電力設(shè)備缺陷分析專家系統(tǒng)。本系統(tǒng)由缺陷類集合模塊、 缺陷原因分析模塊、缺陷防止措施模塊和系統(tǒng)升級(jí)模塊構(gòu)成。 缺陷集合模塊中的缺陷被分為 5 類 50 種，系統(tǒng)在工作時(shí)， 根據(jù)用戶對(duì)缺陷位置、特征等

9、現(xiàn)象的錄入，從知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù) 庫(kù)推出缺陷的屬性名稱。在缺陷原因分析模塊和缺陷防止措 施模塊中，根據(jù)缺陷特征和環(huán)境條件，建立起各種電氣設(shè)備 缺陷產(chǎn)生原因和解決方法相對(duì)應(yīng)的原因分析知識(shí)庫(kù)和防止 措施知識(shí)庫(kù)，當(dāng)以某一缺陷名稱訪問時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)從缺陷原 因分析知識(shí)庫(kù)和防止措施知識(shí)庫(kù)中調(diào)用相對(duì)應(yīng)的規(guī)則，給出 用戶滿意的答復(fù)。系統(tǒng)升級(jí)模塊具有為專家實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)庫(kù)的 修改、調(diào)試和升級(jí)等功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不斷完善。四、系統(tǒng)的應(yīng)用 以發(fā)電機(jī)軸承磨損缺陷為例，用戶只需在缺陷錄入界面 缺陷位置下選擇發(fā)電機(jī)，在缺陷現(xiàn)象下選擇過熱和噪聲，并 在缺陷現(xiàn)象描述下進(jìn)行較具體陳述即可完成對(duì)缺陷的錄入。 當(dāng)用戶在深度分析下點(diǎn)擊開始鍵時(shí)，

10、專家系統(tǒng)就能迅速查詢 且輸出分析結(jié)果。五、結(jié)語(yǔ) 本文開發(fā)的電廠電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)，全面系統(tǒng) 地匯集了電廠發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、繼電保護(hù)設(shè)備及其 相關(guān)設(shè)備缺陷的各種知識(shí)，功能完善，有效地減輕運(yùn)行人員和檢修人員的工作負(fù)擔(dān)，達(dá)到預(yù)期效果參考文獻(xiàn)：1 編委會(huì) .電網(wǎng)安全隱患整治嚴(yán)重危害清除及安全運(yùn)行 實(shí)用書 M. 上海：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社， 2005.2 張瑩.班組設(shè)備缺陷管理J 電力安全技術(shù)，2004( 8):52 53.3 蔡自興.人工智能及其應(yīng)用 M. 北京清華大學(xué)出版社， 1996.4 熊守美.球墨鑄鐵鑄件缺陷分析專家系統(tǒng)的研究D.北京：清華大學(xué)， 1992： 6 8.5 吳泉源，劉江寧 .人工智能與專家系統(tǒng) M. 長(zhǎng)沙：國(guó)防 科