專家系統(tǒng)在電梯控制柜故障診斷中的應(yīng)用

1、專家系統(tǒng)在電梯控制柜故障診斷中的應(yīng)用    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)試時間，提高工作效率，我們設(shè)計了一個電梯測試平臺，以模擬電

2、梯在現(xiàn)場運(yùn)行所需要的各種信號，同時用專家系統(tǒng)建立了一個專家系統(tǒng)，用于測試時的在線監(jiān)測以及實時故障的診斷。    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，對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)的實時采集和發(fā)送，采集的實時數(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)場的實時數(shù)據(jù)對電梯控制柜當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控

3、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)主要由知識庫、實時數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、知識獲取機(jī)制、解釋機(jī)制、人機(jī)接口和系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口7個部分組成，故障專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2：            

4、60;    知識庫 用于存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識，設(shè)計和建造知識庫是建造專家系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵工作，其實質(zhì)就將專家的知識和經(jīng)驗分成實事和規(guī)則，以便于將使用和管理的形式組織起來存入計算機(jī)，用于問題的求解。專家系統(tǒng)的問題求解是運(yùn)用專家的知識來模擬專家的思維方式進(jìn)行的，所以，知識是決定一個專家系統(tǒng)性能優(yōu)越與否的關(guān)鍵因素，一個專家系統(tǒng)的能力就取決于其知識庫中所含知識的數(shù)量和質(zhì)量。    推理機(jī)在一定的控制策略下，對實時數(shù)據(jù)庫中的當(dāng)前問題信息進(jìn)行識別和選取知識庫中的可用知識進(jìn)行推理，以修改實時數(shù)據(jù)庫直至最終得出問題的求解結(jié)

5、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)的程序與知識庫的具體內(nèi)容無關(guān)。    實時數(shù)據(jù)庫反映具體問題在當(dāng)前求解狀態(tài)下的符號或事實的集合，它由問題的有關(guān)初始數(shù)據(jù)、現(xiàn)場實時數(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。    知識獲取機(jī)制 負(fù)責(zé)建立、修改與擴(kuò)充知識庫，以及對知識庫的一致性、完整性等進(jìn)行維護(hù)。知識獲取機(jī)構(gòu)可以僅僅是一個知識編輯程序，也可以是一個復(fù)雜的知識獲取子系統(tǒng)，用來完成自動知識獲取、自動知識求精等功能。    解釋機(jī)制用于對求解過程作出說

6、明，并回答用戶提出的問題。它模擬專家在解決問題時對其推理過程進(jìn)行解釋，負(fù)責(zé)對推理結(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推理過程和所得出的結(jié)論，同時也為系統(tǒng)的維護(hù)和專家經(jīng)驗的傳授提供方便。    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)，同時將

7、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，整個系統(tǒng)用Visual Basic6.0開發(fā)完成。    4.1知識的獲取    知識獲取是將人類專家獲取領(lǐng)域知識并將其轉(zhuǎn)化為知識庫的過程，是建造專家系統(tǒng)的主要困難階段，而知識庫的質(zhì)量直接決定了專家系統(tǒng)解決

8、問題的能力。因此，知識獲取是建造專家系統(tǒng)的瓶頸問題。知識的自動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工程師相結(jié)合的人工獲取知識方式。在這里，我們采用工廠調(diào)試專家向知識工程師提供故障時端口的狀態(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，同時知識工程師現(xiàn)場調(diào)試獲取故障信息，知識工程師對這些信息進(jìn)行分析和處理，建立合適的結(jié)構(gòu)和規(guī)則，最終變成知識系統(tǒng)接受的知識表示形式，設(shè)計出專家知識庫，同時在實際的測試過程中，如果沒有發(fā)現(xiàn)適合的知識，則對知識庫進(jìn)行必要的完善，以達(dá)到真正的實用、好用為止。    4?2知識庫的建立 

9、60;  知識庫存放問題求解需要的領(lǐng)域知識，知識的種類一般包括作為專家經(jīng)驗的判斷性知識，以及描述各種事實的知識。知識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)的利用以擁有知識為前提，而知識在系統(tǒng)中有一定的表達(dá)模式。    在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)的知識由診斷知識構(gòu)成，知識的表示采用框架表示法。所謂框架，就是表示實體類型的數(shù)結(jié)構(gòu)，一個框架由一組槽組成，每個槽表示對象的一個屬性，槽的值就是對象的屬性值，一個槽可以由若干個側(cè)面所組成每個側(cè)面可以有一個或者多個值。系統(tǒng)主要由兩個框架所組成，一個是故障框

10、架，一個是判斷規(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?？蚣苋菀子擅嫦?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計和實現(xiàn)，系統(tǒng)中框架的表示形式如下圖：             例如：    故障框架一    故障名稱：電梯不能啟動    確認(rèn)條件：有呼梯信號，方向信號 &#

11、160;  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    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，方向信號，無運(yùn)行信號，關(guān)門信號，關(guān)門到位信號  

12、0; 故障原因：電梯控制柜有超載信號輸入，或者關(guān)門到位接線錯誤    原因置信度：0.6    處理方法：檢查超載信號端和關(guān)門到位信號        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：從目標(biāo)出發(fā)，以反向驗證的方式進(jìn)行推理;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;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。  

13、0; 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。    在實際測試的時候，如果電梯控制柜端口不正常，則根據(jù)當(dāng)前的電梯控制柜狀態(tài)，得出出現(xiàn)故障的名稱，然后根據(jù)故障名稱查找故障判斷規(guī)則，根據(jù)置信度的大小從大到小查找，找到對應(yīng)的錯誤，則系統(tǒng)立即通過對話框的方式提示給測試人員，并同時將故障方式的時間和原因?qū)戇M(jìn)故障數(shù)據(jù)庫。整個

14、推理機(jī)的程序流程如下圖所示：    4.4實時數(shù)據(jù)庫的建立和故障的實時性判斷    由于我們測試的電梯控制柜在運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)故障，出現(xiàn)故障的狀態(tài)保持的時間相對來說比較短，然后控制柜自動將根據(jù)故障類型，自動停止或者是處于鎖定狀態(tài)。為了能實時的檢測控制柜的故障，我們利用PCL-722自帶的Windows下的端口采集函數(shù)，利用定時器，每隔200ms采集一次端口，采集滿100次后向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫寫一次數(shù)據(jù)，以減少寫數(shù)據(jù)庫的時間。為了能實時識別故障，我們每秒將電梯控制柜當(dāng)前各端口的狀態(tài)與電梯控制柜正常運(yùn)行時的各端口狀態(tài)表中的狀態(tài)進(jìn)行比較，如果正確就繼續(xù)，如果不正確，才啟動推理機(jī)進(jìn)行判斷，以減少故障查詢時間，滿足實時性的要求。    同時因為電梯控制柜上的端口可以自定義，我們在程序中設(shè)置了一張參數(shù)表，用于用戶選擇端口的定義，該定義應(yīng)該和實際的電梯控制器上的端口定義一樣，然后程序會自動的動態(tài)生成一樣端口數(shù)據(jù)表，用于存放實時端口數(shù)據(jù)。    4.5人機(jī)接口的實現(xiàn)    人機(jī)界面實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互，我們采用Visual Basic