專家系統在電梯控制柜故障診斷中的應用

1、專家系統在電梯控制柜故障診斷中的應用    1引言    由于電子技術的高速發(fā)展，電梯控制技術也發(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)控制和微機控制，而微機控制技術現在更是得到了長足的發(fā)展，使電梯運行速度、質量和可靠性都有了很大的提高。為了減少在現場的接線和調試時間，電梯控制柜都是先按照要求在廠里接好并調試好，但微機電梯控制柜的參數眾多，接線復雜，傳統的人工查找故障和處理故障的方式就越來越不適應了，為了減少工人的調試時間，提高工作效率，我們設計了一個電梯測試平臺，以模擬電

2、梯在現場運行所需要的各種信號，同時用專家系統建立了一個專家系統，用于測試時的在線監(jiān)測以及實時故障的診斷。    2系統結構    該故障診斷專家系統以研華工控機為主機，它主要功能是通過軟件模擬電梯運行現場的各種信號，對電梯控制柜的端口狀態(tài)進行監(jiān)測利用5塊研祥的PCL-722直接和工控機的總線相連，通過軟件設置各個通道的I/O狀態(tài)配合相應的輸入/輸出端口板直接與電梯控制柜的端口相連，完成數據的實時采集和發(fā)送，采集的實時數據送給故障診斷專家系統的數據庫中，故障診斷專家系統根據現場的實時數據對電梯控制柜當前的狀態(tài)進行監(jiān)控

3、和診斷。系統的結構圖如圖1所示。                 3電梯故障診斷專家系統的結構    本故障診斷專家系統主要由知識庫、實時數據庫、推理機、知識獲取機制、解釋機制、人機接口和系統數據接口7個部分組成，故障專家系統結構圖如圖2：            

4、60;    知識庫 用于存放領域專家提供的專門知識，設計和建造知識庫是建造專家系統中的一個關鍵工作，其實質就將專家的知識和經驗分成實事和規(guī)則，以便于將使用和管理的形式組織起來存入計算機，用于問題的求解。專家系統的問題求解是運用專家的知識來模擬專家的思維方式進行的，所以，知識是決定一個專家系統性能優(yōu)越與否的關鍵因素，一個專家系統的能力就取決于其知識庫中所含知識的數量和質量。    推理機在一定的控制策略下，對實時數據庫中的當前問題信息進行識別和選取知識庫中的可用知識進行推理，以修改實時數據庫直至最終得出問題的求解結

5、果。推理機可以采用正向推理、逆向推理及雙向推理等策略，推理機的程序與知識庫的具體內容無關。    實時數據庫反映具體問題在當前求解狀態(tài)下的符號或事實的集合，它由問題的有關初始數據、現場實時數據以及系統求解過程中所產生的所有中間信息所組成。    知識獲取機制 負責建立、修改與擴充知識庫，以及對知識庫的一致性、完整性等進行維護。知識獲取機構可以僅僅是一個知識編輯程序，也可以是一個復雜的知識獲取子系統，用來完成自動知識獲取、自動知識求精等功能。    解釋機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行解釋，負責對推理結論進行解釋，是專家系統透明的集中表現。在專家系統中設置解釋機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論，同時也為系統的維護和專家經驗的傳授提供方便。    人機接口在信息的內部形式和人可接受的形式之間進行交換。很多系統都提供了用戶熟悉的表現形式如自然語言、圖形、表格等。這些形式與信息的內部表示形式相差很遠，必須由人機接口加以轉換。    系統數據接口主要是完成數據的發(fā)送和接受。將電梯控制柜上的各端口數據采集進工控機，同時將

7、工控機發(fā)出的模擬現場的電梯命令送給電梯控制柜，電梯控制柜根據送來的命令進行工作。    4電梯控制柜故障診斷專家系統的具體實現    電梯控制柜故障診斷專家系統開發(fā)環(huán)境為：Windows 98中文操作系統，Access2000數據庫，整個系統用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域知識并將其轉化為知識庫的過程，是建造專家系統的主要困難階段，而知識庫的質量直接決定了專家系統解決

8、問題的能力。因此，知識獲取是建造專家系統的瓶頸問題。知識的自動獲取是未來專家系統進一步研究的方向，目前主要采用領域專家和知識工程師相結合的人工獲取知識方式。在這里，我們采用工廠調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系等領域知識，同時知識工程師現場調試獲取故障信息，知識工程師對這些信息進行分析和處理，建立合適的結構和規(guī)則，最終變成知識系統接受的知識表示形式，設計出專家知識庫，同時在實際的測試過程中，如果沒有發(fā)現適合的知識，則對知識庫進行必要的完善，以達到真正的實用、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域知識，知識的種類一般包括作為專家經驗的判斷性知識，以及描述各種事實的知識。知識的表示形式是多樣的，包括產生式規(guī)則表示法，語義網絡表示法，框架表示法，概念表示法等。專家系統的利用以擁有知識為前提，而知識在系統中有一定的表達模式。    在本系統中，系統的知識由診斷知識構成，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結構，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面所組成每個側面可以有一個或者多個值。系統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。框架容易由面向對象方法設計和實現，系統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，無運行信號，關門信號，關門到位信號  

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門到位信號        4.3推理機的建立    專家系統中的推理方式通常有三種：從目標出發(fā)，以反向驗證的方式進行推理;從所收集的原始數據出發(fā)，以向目標歸納的方式進行的推理;將以上兩種方式的推理結合起來的，以雙向混合方式進行的推理。  

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場使電梯控制柜恢復正常，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行。我們根據電梯控制柜故障的特點，采用深度優(yōu)先的搜索策略，利用正向端口數據推理和逆向目標推理相結合的方式，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，則根據當前的電梯控制柜狀態(tài)，得出出現故障的名稱，然后根據故障名稱查找故障判斷規(guī)則，根據置信度的大小從大到小查找，找到對應的錯誤，則系統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寫進故障數據庫。整個

14、推理機的程序流程如下圖所示：    4.4實時數據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行過程中，如果出現故障，出現故障的狀態(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，利用定時器，每隔200ms采集一次端口，采集滿100次后向實時數據庫寫一次數據，以減少寫數據庫的時間。為了能實時識別故障，我們每秒將電梯控制柜當前各端口的狀態(tài)與電梯控制柜正常運行時的各端口狀態(tài)表中的狀態(tài)進行比較，如果正確就繼續(xù)，如果不正確，才啟動推理機進行判斷，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，我們在程序中設置了一張參數表，用于用戶選擇端口的定義，該定義應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)生成一樣端口數據表，用于存放實時端口數據。    4.5人機接口的實現    人機界面實現用戶與系統的交互，我們采用Visual Basic