蔣冰華　梅　娟　景　峰　楊　晴　魏穎豪

(三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院， 湖北 宜昌　443002)

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基于Visual Prolog的液壓站最小故障診斷專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

蔣冰華梅娟景峰楊晴魏穎豪

(三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院， 湖北 宜昌443002)

摘要：液壓站的故障診斷及處理對(duì)重大設(shè)備液壓系統(tǒng)的安全運(yùn)行有重要影響，根據(jù)專家的故障診斷經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，利用Visual Prolog實(shí)現(xiàn)了故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，針對(duì)液壓站中壓力故障實(shí)現(xiàn)了故障推理機(jī)，推理機(jī)推理的結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的最小專家系統(tǒng)故障診斷的結(jié)果是準(zhǔn)確的．

關(guān)鍵詞：液壓站；專家系統(tǒng)；Visual Prolog；推理機(jī)

Visual Prolog是基于Prolog語(yǔ)言的可視化集成開發(fā)環(huán)境，它在專家診斷系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用．文獻(xiàn)[1]將Visual Prolog運(yùn)用于石油煉化中的催化裂化故障診斷專家系統(tǒng)中，對(duì)出現(xiàn)的故障能夠有效地推理分析并及時(shí)查找出故障原因；文獻(xiàn)[2]將Visual Prolog運(yùn)用在齒輪加工工藝故障診斷專家系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了齒輪加工工藝故障管理系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了其故障診斷功能．

液壓站由一系列的功能器件組成，包括油泵、液壓閥、油箱、傳感器、壓力表及電氣盒等．液壓站工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)，油泵從油箱中吸油，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，壓力、流量和方向閥控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力大小、速度快慢和油液的流動(dòng)方向[3]．本文將Visual Prolog運(yùn)用在液壓站故障診斷專家系統(tǒng)中，不僅可實(shí)現(xiàn)故障在線監(jiān)測(cè)，還可實(shí)現(xiàn)故障推理，使得工作人員能快速找出故障原因及做出相應(yīng)的維護(hù)措施．

1液壓站故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是指專家系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)造方法和組成形式．不同的應(yīng)用領(lǐng)域，專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能也各不相同．本文液壓站故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，箭頭方向表示信息流動(dòng)的方向．專家系統(tǒng)通常由人機(jī)界面、解釋機(jī)制、推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取等組成．

建立液壓站故障診斷專家系統(tǒng)的關(guān)鍵在于盡可能早地著手建立系統(tǒng)，從一個(gè)較小的系統(tǒng)開始，逐步擴(kuò)充為一個(gè)日臻完善的系統(tǒng)．由于專家系統(tǒng)是用符號(hào)語(yǔ)言來描述知識(shí)進(jìn)行推理，它需要利用推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)來實(shí)現(xiàn)．

圖1　液壓站故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2液壓站故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)

液壓站的供油壓力是否穩(wěn)定關(guān)系著開鐵口機(jī)能

否正常的運(yùn)行，根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)及影響供油壓力的因素，選取“節(jié)流閥堵塞”、“壓力傳感器故障”、“油泵進(jìn)油過濾器堵塞”、“溢流閥閥芯卡死”等作為液壓站故障預(yù)測(cè)的主要因素[4]．故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)在專家系統(tǒng)中尤為重要，它是根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)及液壓站的結(jié)構(gòu)建立的，包括故障類型、故障信息、故障原因以及解決措施[5]，見表1，是液壓站故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)的一部分．液壓站發(fā)生故障時(shí)，可能的故障是節(jié)流閥故障、電機(jī)故障、油泵故障、溢流閥卡死等，由于液壓站工作時(shí)，各部件之間都有聯(lián)系，因此故障原因也錯(cuò)綜復(fù)雜，有可能是本身故障引起的，也可能是前后聯(lián)系的部件故障引起的，一種故障可能對(duì)應(yīng)很多種故障原因，一種故障原因也可能引起多種故障，因此需要在實(shí)際的故障診斷中不斷完善故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)．

表1　液壓站部分故障類型

3液壓站故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)

由于故障的類型、故障發(fā)生部位很難事先完全預(yù)測(cè)，因而數(shù)據(jù)庫(kù)可能不完善，當(dāng)發(fā)生的故障在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索不出時(shí)，要進(jìn)行人工檢查并將故障的信息以及原因添加到數(shù)據(jù)庫(kù)，以備日后所用．由于數(shù)據(jù)庫(kù)是根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)建立的，因而可能存在經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)誤，在每次的故障診斷后，要及時(shí)修改數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷更新使得專家系統(tǒng)診斷結(jié)果更精確，因此要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改及保存．

用Visual Prolog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)液壓站數(shù)據(jù)庫(kù)的添加、刪除、修改及保存，如圖2所示界面，添加新的故障時(shí)，需要輸入故障所發(fā)生的部位，故障發(fā)生時(shí)的信息，故障發(fā)生的原因以及專家如何解決此故障，點(diǎn)擊添加按鈕后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給此故障一個(gè)編號(hào)．修改故障信息時(shí)，只要選擇故障發(fā)生時(shí)的信息以及故障發(fā)生的原因，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出此故障的完整信息，此時(shí)就可以對(duì)它進(jìn)行修改．刪除故障與修改故障信息相類似，也是只要選擇故障發(fā)生時(shí)的信息以及故障發(fā)生的原因，點(diǎn)擊刪除按鈕，該類故障將被刪除，不管是添加新的故障信息還是修改或刪除故障信息，只有在點(diǎn)擊保存之后數(shù)據(jù)庫(kù)才被更新，下次調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)才是更新后的數(shù)據(jù)庫(kù)．

圖2　數(shù)據(jù)庫(kù)的添加、刪除和修改

液壓站故障數(shù)據(jù)庫(kù)的Visual Prolog部分程序代碼如下：

predicates

onListboxSelectionChanged : listControl::selectionChangedListener.

clauses

onListboxSelectionChanged(Source) :-

[Information | _T]= Source:getSelectedItems(),

data::getSomeReasons(Information, ReasonList),

reasonBox_ctl:clearAll(),

reason_ctl:setText(" "),

device_ctl:setText(" "),

information_ctl:setText(" "),

id_ctl:setText(" "),

management_ctl:setText(" "),

reasonBox_ctl:addList(ReasonList), !.

onListboxSelectionChanged(_Source).

4液壓站數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

如圖3所示是液壓站數(shù)據(jù)庫(kù)的管理界面，當(dāng)液壓站中發(fā)生電機(jī)故障時(shí)，選擇發(fā)生此故障時(shí)的故障信息，選擇發(fā)生此故障時(shí)的故障信息，通過專家系統(tǒng)診斷，得出發(fā)生電機(jī)故障時(shí)可能的故障原因分析以及采取對(duì)應(yīng)的故障解決措施，同時(shí)按診斷結(jié)果按鈕后，系統(tǒng)會(huì)給出故障解釋信息，使用戶對(duì)發(fā)生的故障信息有更詳細(xì)的了解，以便于更快地解決故障．

圖3　數(shù)據(jù)庫(kù)的管理界面

液壓站故障數(shù)據(jù)庫(kù)管理的Visual Prolog部分程序代碼如下：

predicates

onDeviceSelectionChanged : listControl::selectionChangedListener.

clauses

onDeviceSelectionChanged(Source) :-

[Device | _T]= Source:getSelectedItems(),

data::getSomeInformations(Device, InformationList),

information_ctl:clearAll(),

SingletonList= removeDuplicates(InformationList),

information_ctl:addList(SingletonList),

reasonEdit_ctl:clearAll(),

managebox_ctl:clearAll(), !.

onDeviceSelectionChanged(_Source).

5故障推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)

推理機(jī)是協(xié)調(diào)控制整個(gè)故障診斷專家系統(tǒng)的重要組成部分，推理機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)的故障信息，利用知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則，按照正向推理與反向推理相結(jié)合的推理策略來求解當(dāng)前輸入的故障類型，最后向用戶提供診斷信息．如圖4所示是故障推理機(jī)的工作界面，當(dāng)輸入故障發(fā)生時(shí)的征兆時(shí)，點(diǎn)擊查詢按鈕，系統(tǒng)就搜索知識(shí)庫(kù)中的條件部分，若存在，則進(jìn)行正向推理，將輸入的征兆與知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則匹配，若匹配成功，則得出結(jié)論，若匹配失敗，用戶啟動(dòng)匹配的規(guī)則修改知識(shí)庫(kù)，反之，進(jìn)行反向推理．如圖4所示，當(dāng)輸入液壓站發(fā)生故障時(shí)的3條故障征兆：“壓力表無(wú)讀數(shù)”、“液壓泵正常工作”、“流量計(jì)讀數(shù)正?！保到y(tǒng)自動(dòng)快速去知識(shí)庫(kù)搜索，將這3個(gè)故障征兆與知識(shí)庫(kù)中已有的規(guī)則進(jìn)行匹配，最后推斷出故障原因是壓力表?yè)p壞，并給出了解決的措施是更換壓力表．

圖4　故障推理機(jī)的工作界面

6結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)液壓站的常見故障進(jìn)行了分析，建立了液壓站的故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，利用Visual Prolog軟件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及專家系統(tǒng)的故障推理，對(duì)液壓站中出現(xiàn)的常見故障能夠給出故障原因分析以及相應(yīng)的故障解決措施，維修人員及時(shí)對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行檢查，有效地提高了液壓站的運(yùn)行可靠性．

參考文獻(xiàn)：

[1]馬昕，鄭璇，張貝克，等．基于Visual Prolog的催化裂化故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2009，26(1)：35-38．

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[4]王冬梅．基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的提升機(jī)液壓站故障預(yù)測(cè)的研究[J]．煤礦機(jī)械，2014，35(1)：228-229．

[5]徐瑞銀，董和平．液壓站故障診斷專家系統(tǒng)分析法[J]．煤礦機(jī)械，2004，67(10)：131-132．

[責(zé)任編輯張莉]

DOI：10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2016.03.021

收稿日期：2015-09-15

通信作者：蔣冰華(1961-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代檢測(cè)與控制技術(shù)．E-mail：13307208556@189.cn

中圖分類號(hào)：TP277.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-948X(2016)03-0095-03

Achievement of Minimum Fault Diagnosis Expert System in Hydraulic Based on Visual Prolog

Jiang BinghuaMei JuanJing FengYang QingWei Yinghao

(College of Electrical Engineering & Renewable Energy, China Three Gorges Univ., Yichang 443002, China)

AbstractIt's important for safe operation of the opening machine of fault diagnosis and treatment in hydraulic. The database of fault diagnosis has been established based on experience and knowledge of experts. The fault diagnosis database and database management systems also have been achieved by using Visual Prolog. The fault reasoning is given for the fault of pressure gauge in hydraulic. The achievement of inference engine is the key, which determines the accuracy of results of fault diagnosis.

Keywordshydraulic;expert system;Visual Prolog;reasoning machine