DCS故障诊断专家系统的开发

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1、http://www.paper.edu.cn1DCS故障诊断专家系统的开发黄河清，俞金寿华东理工大学信息科学与工程学院，(200237)huanghq@ecust.edu.cn摘要：本文描述了DCS故障诊断专家系统的组成与功能，介绍了其开发与实现手段，并提出了基于故障树的三层次知识获取方法。该系统具有适用范围广、实用性强、用户界面友好、易于修改和维护、可支持网络应用等特点，其有效性在实际应用中得到了验证。关键词：专家系统故障诊断知识获取故障树1.引言作为流程工业的关键设备之一，DCS（DistributedControlSyst

2、em）在过程控制中得到了十分广泛的应用，并构成了自动控制系统的主体。在大型流程企业中，DCS属于“特保”设备，往往需要投入大量的人力和物力以确保DCS安全、可靠的运行。由于DCS是面向过程的、以微处理器为核心的控制设备，其组态、维护和检修涉及到计算机、自动控制和过程工艺等多个技术领域，故DCS的维护具有极强的专业性和较高的技术难度。DCS的维护有以下特点：（1）设备种类的多样性由于自动控制设备的更新是一个渐进的过程，故DCS往往是在不同时期、由不同厂商提供的产品。因此，企业中DCS的型号不统一，技术水平差异大是非常普遍的现象。（2

3、）维护资料的不完备性在用的DCS大都经历了多次升级和扩容，往往会出现维护资料的混淆、流散和不完整现象，这种状况直接影响到DCS的维护工作。（3）故障诊断的复杂性DCS是以微处理器为核心的控制设备，其故障的发生可能涉及到硬件和软件两个方面。有些故障是系统软硬件本身的问题，有些故障属于组态和配置不当，甚至现场仪表的故障也可能引起DCS的不正常状态。这种故障产生的多因性导致了故障诊断的复杂性。（4）维护经验的难共享性维护经验具有累积的特点，维护专家是在长期的工作中才获得了宝贵的经验。但是，由于缺乏文字表述和交流的途径，专家经验难以被其他

4、人所共享，发挥更大的作用。基于上述特点，当企业中高水准的DCS技术人员匮乏或流散时，DCS的维护就难以到位，进而影响到生产装置的开工率。为了解决这一难题，开发汇集了DCS专家维护经验的DCS故障诊断专家系统是改善DCS维护水平，提高生产装置开工率的有效措施。2.DCS故障诊断专家系统的组成1本课题得到教育部博士点基金的资助，20030251003。-1-http://www.paper.edu.cnDCS故障诊断专家系统属于诊断专家系统，其主要功能是根据故障现象和规则推理出DCS系统的故障原因，并给出相应的维护建议。从组成结构上看

5、，DCS故障诊断专家系统同样具有知识库、推理机、全局数据库、解[1]释机制、知识获取机制和用户界面六个部分（参见图1）。其主要技术特性为：DCS故障诊断专家系统以产生式规则作为其知识表示方法，具有推理机制简单明确、规则表示形式统一、高度模块化和便于增加解释功能的优点，实用性和可操作性强。DCS故障诊断专家系统以CLIPS(CLanguageIntegratedProductionSystem)专家系统平台作为其推理机，实现推理过程的执行与控制。CLIPS可以支持正向和逆向推理，并采用了Rete快速匹配算法，是一种性能/价格比较高的

6、专家系统平台。DCS故障诊断专家系统采用了基于故障树的知识获取方法，先由领域专家建立故障树，然后将所提取的知识输入系统的支撑数据库，并在系统的帮助下将数据库中的知识自动地转换成知识库的内部表示形式。由于整个知识获取过程主要是在系统的提示与支持下由领域专家来完成，因而属于嘱咐式知识获取方法。在DCS故障诊断专家系统中，知识获取机制的支撑数据库平台是MSACCESS2000。DCS故障诊断专家系统采用了预置文本与路径跟踪法相结合的解释机制,力图使解释方式有效、实用和简明。DCS故障诊断专家系统提供了用VisualBasic开发的用户界

7、面，通过Agent调用机制和汉化的知识库，使用户在方便、直观和汉化的环境中使用该系统。在上述几个组成部分中，DCS维护知识库、知识获取机制、解释机制和用户界面均为针对DCS的维护需求而开发的内容。用户界面VisualBasic开发的用户界面知识获取机制解释机制基于故障树预置文本与路径的知识获取跟踪法相结合知识库推理机CLIPS全局数据库产生式规则图1DCS故障诊断专家系统的基本架构在DCS故障诊断的实际过程中，并非所有的故障现象都适合采用推理的方式。事实上，DCS的某些故障是通过错误码的方式直接提示的，利用错误代码表即可查出故障的

8、大体原因。因此，通过检索错误代码表的方式进行速查，也是DCS故障诊断专家系统的一种辅助手段，在DCS维护中有着很高的实用价值。DCS故障诊断专家系统同时提供了推理和速查两种故障诊断方式，以适应不同的故障类别和用户习惯。-2-http://www.p