專家系統(tǒng)在電梯控制柜故障診斷中的應用

1、專家系統(tǒng)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(xiàn)在更是得到了長足的發(fā)展，使電梯運行速度、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，但微機電梯控制柜的參數(shù)眾多，接線復雜，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了，為了減少工人的調(diào)試時間，提高工作效率，我們設計了一個電梯測試平臺，以模擬電梯在現(xiàn)場運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

2、的診斷。2系統(tǒng)結構該故障診斷專家系統(tǒng)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(xiàn)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(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)對電梯控制柜當前的狀態(tài)進行監(jiān)控和診斷。系統(tǒng)的結構圖如圖1所示。3電梯故障診斷專家系統(tǒng)的結構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、知識獲取機制、解釋機制、人機接口和系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口7個部分組成，故障專家系統(tǒng)結構圖如

3、圖2：知識庫 用于存放領域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識，設計和建造知識庫是建造專家系統(tǒng)中的一個關鍵工作，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，用于問題的求解。專家系統(tǒng)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(tǒng)性能優(yōu)越與否的關鍵因素，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。推理機在一定的控制策略下，對實時數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫直至最終得出問題的求解結果。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(nèi)容無關。實時數(shù)

4、據(jù)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(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(tǒng)，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(tǒng)透明的集中表現(xiàn)。在專家系統(tǒng)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(tǒng)的維護和專家經(jīng)驗的傳授提供方便

5、。人機接口在信息的內(nèi)部形式和人可接受的形式之間進行交換。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，必須由人機接口加以轉(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)采集進工控機，同時將工控機發(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域知識并將其轉(zhuǎn)化為知識庫的

6、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)進一步研究的方向，目前主要采用領域?qū)＜液椭R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(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系等領域知識，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(tǒng)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(xiàn)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

7、的建立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(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)中有一定的表達模式。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)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(shù)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(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

8、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：電梯不能啟動確認條件：有呼梯信號，方向信號判斷規(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(tǒng)中的推理方式通常有三種：從目標出發(fā)，以反向驗證的方

9、式進行推理;從所收集的原始數(shù)據(jù)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。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(jù)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(shù)據(jù)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(jù)當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，找到對應的錯誤，則系統(tǒng)立即通過對話框的方式提示

10、給測試人員，并同時將故障方式的時間和原因?qū)戇M故障數(shù)據(jù)庫。整個推理機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(shù)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(shù)據(jù)表，用于存放實時端口數(shù)據(jù)。4.5人機接口的實現(xiàn)人機界面實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互，我們采用Visual Basic6.0做界面，包括對電梯井道信號的模