管式加热炉故障诊断专家系统知识库的设计

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1、管式加热炉故障诊断专家系统知识库的设计顾新新周艳李庆领*（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛266061）摘要基于规则的产生式表示方法，采用了关系型数据库模型，结合MicrosoftAccess2003数据库作为开发和管理工具，构建了管式加热炉故障诊断专家系统的知识库。该知识库可以有效地实现基于框架结构的产生式知识的系统表示方法，较好地保证了知识库与推理机的有效分离，使知识库的管理轻松快捷，实现规则的增加及重复规则的删除，成功的实现了系统的知识库。关键词管式加热炉故障诊断专家系统知识库中图分类号TH？？文献标识码A文章编号1000-3932（2012）04

2、-0000-00管式加热炉在石油化工生产中起着举足轻重的作用，它运行状况的好坏直接关系到整个生产装置能否安全、高效、稳定、长周期运行[1]。所以根据具体的设计要求，对管式加热炉实施运行状态的动态监测是非常有必要的。为了实现动态监控，国内许多大中型石化企业已引进了较先进的在线监测系统。但与国外先进企业存在着一定的差距，主要在于：对监测到的参数缺乏综合分析及利用，不能为装置优化及节能降耗改造服务。因此，这些监控系统是不全面的。开发一套加热炉运行状态诊断系统，对管式加热炉进行快速诊断并提出最优的解决问题的方案是非常必要的。专家系统是指具有智能化的计算机程序的系统

3、，其实质就是把相关领域求解问题的知识方法有机地结合到程序中，以使程序具有像人类求解问题时一样学习、推理和解释的能力，其系统性能取决于它所拥有的知识的数量和质量以及它对知识的管理和利用能力。专家系统近几年来在工程研究的各个领域都得到了广泛的应用。1系统数据库模型的选择1.1数据库模型综述数据库中的数据是按某种数据模型来组织的，具有结构化的特点。当前流行的基本数据模型有关系模型、层次模型、网状模型三种。它们的区别在于数据之间的联系采用不同的表示方式。关系模型是用二维表来表示数据之间的联系；层次模型是用树状结构来表示数据之间的联系；网状模型是用图结构来表示数据之

4、间的联系[2]。关系数据模型与非关系数据模型相比具有明显的优势，主要体现在关系模型具在严格的结构规则，其逻辑结构形式可以通过一张如表1所示的二维表来体现。该模型形式简单直观，系统易于实现，性能也比较好。表1关系型数据库的结构序号名称A名称B名称C名称D11A1B1C1D22A2B2C2D33A3B3C3D…………………………1.2数据库模型的选择为了选择合适的数据库模型，首先需要对专家系统的特点有进一步的了解。专家系统的基本特点：1）具有专家水平的专门知识；2）能进行有效的推理；3）具有灵活性、透明性、交互性。其中，灵活性就要求知识库与推理机能够相互独立，

5、能够直观的反映出存在的问题和专家的意见。并且利于系统不断接纳新知识，调整有关控制信息和结构，确保推理机与知识库的协调，同时便于系统的修改和扩充。另外，还需要对管式加热炉的相关数据进行分析。现以加热炉燃烧故障诊断系统的部分知识为例就系统数据库模型的选择依据进行说明。我们将相关知识整理，将加热炉燃烧故障的知识汇集形成一个二维表格。节选常见的故障诊断的部分知识如表2所示。表2加热炉燃烧常见故障一览表（节选）故障序号故障现象专家意见1炉膛外壁温度过高停机检查内衬硅酸铝耐火纤维是否被破坏2炉膛温度过高调节油量；停机清垢，扫灰53火焰偏上调整上部风板连杆，使上风板开度

6、减小4耗油量增加检查炉管，防止爆管如表2，数据可以整合并表示为产生式知识体系，即：Rule1：IF“炉膛外壁温度过高”，THEN“停机检查内衬硅酸铝耐火纤维是否被破坏”；Rule2：IF“炉膛温度过高”，THEN“调节油量，停机清垢，扫灰”；Rule3：IF“火焰偏上”，THEN“调整上部风板连杆，使上风板开度减小”；Rule4：IF“耗油量增加”，THEN“检查炉管，防止爆管”；表2中数据的组织形式符合关系模型的结构特点，具有严格的数学结构规则，而且可以实现数据的物理存储模式和数据操作模式的分离，即数据库具有良好的独立性，这些特性都符合专家系统结构的要求

7、，能有效地确保系统知识库与推理机的分离，所以管式加热炉专家系统的知识库采用关系模型的数据库结构是合理的。本系统采用目前流行的桌面关系型数据库管理系统——MicrosoftAccess2003作为知识库的开发软件[3]。MicrosoftAccess2003具有强大的数据库管理性能和良好的工作环境，简化了数据库的管理和应用。数据库中大量地运用存储查询可以有效地提高数据的检索效率，所以选择它作为知识库的开发工具有较强的优势。2系统知识库的建立2.1面向对象的知识库结构模型面向对象表示法以知识对象的表示为基础，以知识对象之间的网络为框架，并以此来实现知识的存储与

8、组织以及智能行为的工程模拟过程。面向对象表示法能简单直接的表示复杂