管式加热炉故障诊断专家系统知识库的设计.pdf

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1、第4期顾新新等．管式加热炉故障诊断专家系统知识库的设计487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，采用关系型数据库模型，结合Access2003数据库作为开发和管理工具，构建管式加热炉故障诊断专家系统知识库。该知识库有效地实现了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．实现了规则的增加和重复规则的删除。关键词管式加热炉故障诊断专家系统知识库关系型数据库模型中图分类号TH862+．79

2、文献标识码A文章编号1000．3932(2012)04-0487-05管式加热炉在石油化工生产中起着举足轻重的作用，它的运行状况直接关系到整个生产装置的安全、高效、稳定和长周期运行⋯。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必要的。为此，国内许多大中型石化企业引进了较为先进的在线监测系统，但与国外先进企业的在线监测系统存在着一定的差距：对监测到的参数缺乏综合分析和利用的能力，不能为装置优化和节能降耗改造服务。因此，可以说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

3、的方案是非常必要的。专家系统是指具有智能化计算机程序的系统，其实质是把相关领域求解问题的知识和方法有机地编制到计算机程序中，使程序具有像人类求解问题时一样的学习、推理和解释能力，其系统性能取决于它所拥有的知识数量、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。笔者将基于规则的产生式表示方法，运用关系型数据库模型，并结合Access2003数据库，构建管式加热炉的故障诊断专家系统知识库。1系统数据库模型的选择1．1数据库模型简介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

4、本数据模型有关系模型、层次模型和网状模型3种。它们的区别在于数据之间的联系采用不同的表示方式。关系模型用二维表来表示数据之间的联系；层次模型用树状结构来表示数据之间的联系；网状模型用图结构来表示数据之间的联系旧J。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有严格的结构规则，其逻辑结构形式可以通过二维表(表1)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，首先需要了解专家系统的特点，其基本特点是：具有专家水平的专门知识；能进行有效的推理

5、；具有灵活性、透明性和交互性。其中，灵活性就要求知识库与推理机能够相互独立，能够直观地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。现以加热炉收稿日期：2011-12-20(修改稿)·作者的联系方式为eduqust@163．corn488化工自动化及仪表第39卷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。笔者整理了相关知识，将加热炉燃烧故障的知识汇集形成一个二维表格(表2)。袁2加热炉

6、燃烧常见故障(部分)序号现象专家意见1炉膛外壁温度停机检查内衬硅酸铝耐火纤维是否被破过高坏2炉膛温度过高调节油量，停机清垢并扫灰3火焰偏上调整上部风板连杆，使上风板开度减小4耗油量增加检查炉管，防止爆管根据表2将有关知识数据整合并表示为产生式知识体系，即：规则1if“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”；规则2if“炉膛温度过高”，then“调节油量，并停机清垢、扫灰”；直观地表达人们解决问题的思路。采用面向对象的知识表示方法构造的知识库具有良好的层次体系结构，实现了数据抽象与信息的共享，避免了传统知识表示

7、方法中知识库庞大、诊断效率低的缺点。同时，面向对象知识表示方法支持知识的重用、易于维护，更适合于专家系统的开发。在加热炉故障诊断专家系统知识库的设计中，笔者采用面向对象方法设计基于多层对象链表的专家系统模糊知识库。具体知识库的结构模型如图1所示。现则层次●序号i前提指针域i结论指针域il规则【1『信度iI前提或结论层次I序号il前提或结论il图1知识库结构模型示意图规则3if“火焰偏上”，then“调整上部风板2．2知识库的建立连杆，使上风板开度减小”；规则4if“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

8、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，能有效地确保系统知识库与推理机的分离，所