電廠給水泵運行狀態(tài)監(jiān)測的專家系統(tǒng)實現(xiàn)

【摘要】 采用專家系統(tǒng)實現(xiàn)電廠給水泵運行狀態(tài)的監(jiān)測，具有智能化和可靠性高的特點，不僅減少了人力的投入，并能準(zhǔn)確分析找到故障所在，提高了經(jīng)濟效益，從而對于推進(jìn)我國電力行業(yè)設(shè)備檢修改革起到重大的推動作用。

【關(guān)鍵詞】 專家系統(tǒng) 人工智能 推理機一、引言

隨著電力行業(yè)設(shè)備檢修體制改革的推進(jìn)，電力工業(yè)設(shè)備科學(xué)管理水平和整體經(jīng)濟效益的提高，我國各省電力公司從歷年的機組計劃檢修體制中不斷總結(jié)經(jīng)驗，提出了在火電廠推行狀態(tài)檢修的設(shè)想。給水泵運行狀態(tài)的監(jiān)測與故障診斷只是其中之一，為了保證給水泵穩(wěn)定地運行，預(yù)防故障的發(fā)生，采用專家系統(tǒng)（Expert System）對運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并對異常狀態(tài)的預(yù)測和消除給出具有專家水準(zhǔn)的建議和方法。專家系統(tǒng)是近年來人工智能領(lǐng)域內(nèi)最為活躍的分支，是人工智能開始走向?qū)嵱没臉?biāo)志和里程碑，也是人工智能從一般思維規(guī)律走向?qū)ｉT知識利用的突破口。它將人類專家的特殊知識賦予機器，使機器對問題的解決達(dá)到專家水平。它來源于人類專家的頭腦，而又高于人腦，是一個專家群體的智能機系統(tǒng)。將電廠給水泵的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷用專家系統(tǒng)實現(xiàn)具有智能化和可靠性高的特點，不僅減少了人力的投入，而且能在最大程度上模擬專家，準(zhǔn)確地分析找到故障所在?？梢?，專家系統(tǒng)在監(jiān)測和故障診斷中的應(yīng)用，能夠防范于未然，把故障發(fā)生的概率減少到最小，提高了經(jīng)濟效益，從而對于推進(jìn)我國電力行業(yè)設(shè)備檢修改革起到重大的推動作用。

二、專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理

簡單地說，專家系統(tǒng)是一種智能的計算機程序，但與傳統(tǒng)程序有所區(qū)別：*傳統(tǒng)程序：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序

*專家系統(tǒng)：知識+推理=系統(tǒng)

其基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

其中，知識庫、數(shù)據(jù)庫和推理機是專家系統(tǒng)的核心。知識庫用來存放領(lǐng)域?qū)＜抑R；數(shù)據(jù)庫用于存放初始數(shù)據(jù)、證據(jù)、推理過程中得到的中間結(jié)果等；推理機是運用知識庫的知識進(jìn)行推理的一組程序，主要有正向推理、反向推理以及正反向混合推理三種。知識獲取是知識庫的基礎(chǔ)，是專家系統(tǒng)開發(fā)中最難最關(guān)鍵的一步，被稱為專家系統(tǒng)開發(fā)的“瓶頸”，當(dāng)前知識獲取的形式主要有：手工獲取、自動獲取、手工自動相結(jié)合三種。人機解釋接口使用戶能夠以自觀、方便的形式與機器、進(jìn)行對話，盡可能避免誤操作。

專家系統(tǒng)的工作過程如圖2所示。

圖1 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)

圖2 專家系統(tǒng)的工作原理圖

三、分析思路

對于給水泵來說，設(shè)備本體的監(jiān)測一般通過分析振動信號來進(jìn)行，而且這方面已有不少的應(yīng)用實例，并且隨著近代數(shù)字信號處理理論以及技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。而設(shè)備當(dāng)前的運行工況（包括與泵相連的管路系統(tǒng)）則一般通過分析過程量進(jìn)行，例如泵的工作點的概念，是從宏觀上來衡量泵的工作狀況，它是建立在流體力學(xué)計算和水力試驗相結(jié)合的基礎(chǔ)之上的，這是一種較經(jīng)典的方法，具有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗。

機械設(shè)備在運行過程中的振動及其特征信息是反映系統(tǒng)狀態(tài)及其變化規(guī)律的主要信號。因而利用振動信號對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，是設(shè)備故障診斷方法中最常用、最有效的方法。但是鑒于給水泵在火電廠的重要地位，應(yīng)建立以振動監(jiān)測為主，輔以過程量監(jiān)測的檢測方法。通常，電廠輔機狀態(tài)檢修中的基本監(jiān)測參數(shù)可包括：（1） 動態(tài)參數(shù)：振幅、頻率、相位、振動速度、加速度。（2） 靜態(tài)參數(shù)：軸向位置、偏心位置、機殼膨脹。（3） 過程參數(shù)：轉(zhuǎn)速、溫度、流量、壓力、壓差。

根據(jù)給水泵運行狀態(tài)監(jiān)測的特點，可采用分析型專家系統(tǒng)，將給水泵可能出現(xiàn)的問題和相對應(yīng)的解決辦法抽象變成形式化的數(shù)據(jù)，預(yù)先存入知識庫，它們的可能組合便構(gòu)成狀態(tài)空間或問題空間，于是，搜索求解就在這一限定空間中進(jìn)行。當(dāng)系統(tǒng)接受到形式化后的數(shù)據(jù)時，就對這些數(shù)據(jù)與抽象解之間進(jìn)行啟發(fā)式匹配，找出相應(yīng)的抽象解集，最后經(jīng)過解的求精從解集中識別出具體解，方便用戶理解接受。

四 、給水泵運行狀態(tài)監(jiān)測專家系統(tǒng)的建立

對于專家系統(tǒng)，最主要和最困難的就是建立知識庫，這首先需要有可靠的知識來源和合理的知識獲取機制。由于知識庫的建立需要領(lǐng)域?qū)＜液椭R工程師的長期合作，才能比較完備地建立起來，因而在此，僅構(gòu)造一個演示型專家系統(tǒng)，即只對鍋爐給水泵的兩組動態(tài)參數(shù)（軸前X方向振動，軸后Y方向振動）和一些過程參數(shù)（給水泵轉(zhuǎn)速，溫度，流量，壓力、壓差等）進(jìn)行檢測，以驗證系統(tǒng)方案的可行性和有效性，以后若條件成熟再進(jìn)行擴展。

可采用Visual C++的MFC來開發(fā)這個專家系統(tǒng)，其運行需要MFC的動態(tài)鏈接庫（DLL）， 除此之外還需要兩個DLL：MisData.dll和DspData.dll，這兩個DLL是專為專家系統(tǒng)開發(fā)的，它們僅以幾個接口函數(shù)與之相聯(lián)系。專家系統(tǒng)采用了面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)（OOP）來組織程序，其運行就是建立在下面幾個模塊的相互作用之上的，如圖3所示：

圖3 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

各模塊具體功能如表1所示。各個模塊開發(fā)好以后，可進(jìn)行連接編譯，生成應(yīng)用程序NetExp.exe，運行后調(diào)出一個用戶窗口畫面，使用戶通過該畫面及時了解給水泵的工作狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。該畫面實現(xiàn)的功能如表2所示。

五 結(jié)束語

專家系統(tǒng)已廣泛用于各個專業(yè)領(lǐng)域，取得了很大的成功。專家系統(tǒng)用于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷還有很大的發(fā)展空間，特別是在專家系統(tǒng)的知識獲取技術(shù)上，當(dāng)前我國主要采取人工獲得為主的方法，而更高級的是機器自動獲取知識，既減少人力，又節(jié)約時間，但至今沒有突破性進(jìn)展。另外，還可以將知識庫和用戶控制界面分開來，開發(fā)一個具有通用性的骨架系統(tǒng)，使之與不同的知識庫連接，從而能快速地開發(fā)不同的專家系統(tǒng)，當(dāng)然，這需要定義統(tǒng)一的接口。

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