基于专家系统的家用别墅电梯故障诊断技术研究

机械设备故障诊断是识别机械设备运行状态的一门综合性应用科学知识，是研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映。现代设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度越来越高。但是，当设备出现故障时所带来的影响程度也明显增大，有时不仅仅是造成巨大的经济损失，往往还会带来灾难性的事故。

作为建筑的中枢神经，家用别墅电梯起着不可或缺的作用，家用别墅电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。家用别墅电梯是一个光机电一体化产品，发生故障的情况比较复杂，故障成因、故障现象多样化，导致故障维修定位难。本文将专家系统应用于电梯故障诊断技术，通过一起电梯干扰故障来讲述专家系统工作原理，为电梯故障诊断提供了一种有效方法。

1、专家系统的概念

专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域内专家的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。

知识库及其管理系统：知识库及其管理系统是专家系统的核心，由事实性知识和启发性知识构成，它是专家系统中关于一个领域或特定问题的若干专家知识的集合体，它可以向用户提供超过一个专家的知识和经验。用户可以通过改变、完善知识库中的知识内容来提供专家系统的性能。

推理机：推理机是一组用来控制、协调整个专家系统的方法、策略的程序，它根据用户的输入数据，利用知识库中的知识，按一定推理策略，求解当前的问题，解释用户的请求，终推出结论。

综合数据库：综合数据库用于存储有关领域问题的事实、数据、初始状态、推理过程的各种中间状态及目标等，实际上，它相当于专业系统的工作存储区，存放用户回答的事实、已知的事实和由推理得到的事实。

知识获取：知识获取是专家系统的学习功能，将专家的经验和知识转化为计算机可利用的形式并形成知识库，同时它修改知识库中原有的知识，增加新的知识，实现自动学。一个学习系统是否具有学习能力是衡量其适应性的重要标志。

解释器：解释器是主要来解释专家系统是如何推断结论，回答用户的提问，并使用了解推理过程及推理过程所运用的知识和数据。

2、电梯故障专家系统的建立

2.1知识的获取

电梯故障专家系统知识的获取目前主要采用电梯技术领域维修、安装、调试专家和知识工程师相结合的人工获取方式进行获取，知识的自动获取是专家系统进一步研究的方向。我们采用工厂安装、调试专家向知识工程师提供电梯发生故障时状态和目前状态的类别以及它们之间的相互关系等领域知识，同时知识工程师现场调试获取电梯故障信息，知识工程师对这些信息进行分析处理，建立合适的结构和规则，终变成知识系统接受的知识表示形式，设计出专家知识库，同时在实际的测试过程中，如果没有发现适合的知识，则对知识库进行必要的完善，以达到真正的实用性。

2.2 知识库的建立

电梯故障专家系统的知识由诊断知识构成，知识的表示采用框架表示法。框架就是表示实体类型的数结构，一个框架由一组槽组成，每个槽表示对象的一个属性，槽的值就是对象的属性值，一个槽可以由多个侧面所组成，每个侧面可以有一个或多个值。专家系统由两个框架组成，一个是故障框架，一个是判断规则框架。故障框架主要包括故障名称槽，确认条件槽，一个故障框架槽可对应若干个判断规则槽；判断规则框架主要有判断规则正文、故障原因、解决故障的方法组成，框架容易由面向对象方法设计和实现，系统故障框架表示形式、判断规则表示形式。

本文以一起电梯干扰故障来具体讲述专家系统知识库的建立流程，其故障框架、规则框架：

故障名称：电梯自动呼梯

确认条件：轿厢内无乘客，操纵箱的按钮会自动登记2～5个呼梯信号

判断规则:

判断规则正文：微机板故障记录有“17”号

故障原因：SDC与MPU通讯异常

原因置信度：0.8

处理方法：检查微机板MPU和轿顶板SDC通讯口接线

判断规则正文：更换通讯口接线后，自动呼梯频率降低

故障原因：驱动部分对控制系统电源带来干扰

原因置信度：0.6

处理方法：在变频器输入端加装输入滤波器

2.3 推理机的建立

推理机根据综合数据库中实测的故障信号，判断故障的名称并决定启动哪种判断规则。专家系统中推理方式通常有3种：从目标出发，以反向验证的方式进行推理；从所收集的原始数据出发，以向目标归纳的方式进行推理；将以上两种方式结合，以双向混合方式进行推理。

由于通讯线路、通信电源等干扰导致电梯自动呼梯故障，我们采用深度优先的搜索策略，利用正向端口推理和逆向目标推理相结合的方式，查找故障原因。首先根据确认条件“轿厢内无乘客，操纵箱的按钮会自动登记2～5个呼梯信号”，确认电梯故障名称为“电梯自动呼梯”；然后比较判断规则框架中原因置信度的大小，由于在初始条件下判断规则框架1的原因置信度，因此选择判断规则框架1作为故障框架的判断规则框架，由此判断故障原因是否为“SDC与MPU通讯异常”，若是则得到故障原因是由于SDC与MPU通讯异常而导致电梯不能运行，相应的处理方法是查微机板MPU和轿顶板SDC通讯口接线，更换通讯接线；若不是则表明故障不属于判断规则框架1所列的故障原因，此时应以判断规则框架2作为故障框架的判断规则框架。如此类推，直至终找到电梯的故障原因以及处理的方法。

2.4 实时数据库的建立

电梯故障诊断专家系统的实时数据库负责采集、存储和管理电梯运行过程中各种装置的现场数据，为电梯监控、故障预测等提供数据，并能对电梯的各种故障现象、故障原因及其处理方法等进行分析。实时数据库存放系统处理的各种点(如采集点、计算中间变量点、输出控制点等)的信息，如点索引标识(号)、点字符名称(仪表号)、说明信息、报警管理信息、显示用信息、转换用信息、计算用信息等。在建立实时数据库时首先要建立数据模型和设计各种类型的数据结构，并将这些数据以文件形式存放在硬盘上，然后设计实时数据库的任务管理模块，模块可以实现对实时数据库操作的管理，如对库中的记录进行查找和读写，维护数据的完整性和一致性等。在SQL Server数据库中创建知识库和全局数据库，及在Windows环境下用SQL Server数据库和C++实现专家系统外壳。只要在SQL Server数据库中建立不同的知识库便可以生成不同的专家系统。

结束语

发展电梯设备状态监测与故障诊断技术，并进行有效、合理的实施，可以掌握电梯设备的状态变化规律及发展趋势，防止事故于未然，将事故消灭在萌芽；根据故障诊断的结果，提出控制故障继续发展和消除故障的对策或措施(调整、维修、治理)；为推进视情维修体制提供依据。管好、用好、修好”设备，不仅是保证简单再生产的必要条件，而且能提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调地发展。