液压系统故障诊断专家系统研究
发布时间：2017-11-22
前言
随着工业设备自动化程度的的提高,设备的故障诊断越来越受到人们的重视,故障诊断由一门新兴的学科正在走向成熟,多种智能故障诊断方法的研究将为设备的可靠运行提供保证。
液压系统因其独特的优点在日常生产和生活中得到了广泛的应用,但液压系统故障不象电气系统那样检测方便,因为液压管路内油液流动状态、液压件内部的零件动作、以及密封件的损坏等情况,一般是看不见摸不着的,所以给人们观察分析带来很多麻烦和困难。目前寻找液压系统故障原因的主要方法还是靠工程师的技术经验进行分析和判断。这种诊断主要是完成功能性故障的诊断,难以判断液压元件的失效过程,故障诊断的效率低、诊断时间长、诊断的准确性差。对于大型的液压系统,如轧机液压系统、大型工程机械、矿山机械等设备,当系统出现突发性故障时,将严重影响设备的正常运转,往往造成巨大的经济损失。因此在液压传动技术快速发展和广泛应用之时,液压系统故障诊断手段的落后就凸显出来了。随着计算机技术、传感器技术等的发展,液压系统的快速智能故障诊断技术得以快速发展。但目前还仅限于单个液压元件如液压泵、液压马达、液压缸的故障或液压系统的泄漏进行故障诊断,可靠性高、通用型强的故障诊断系统还有待研究与发展。
液压系统故障诊断专家系统,主要是将领域专家诊断液压系统故障的丰富经验进行整理并输送到计算机,为使用者提供友好的人机接口,根据输入的故障现象以及知识库中的知识,按照推理机中设定好的规则,推算出故障发生的原因,并向用户提供解决方案。
1编程语言
为了尽可能缩短系统的开发周期,并便于以后系统知识库的扩展,本系统没有使用需要编制大量源代码的C++或Java语言,而选用了便于入门和操作的图示化编程语言―――雅奇MIS图示化编程软件。
本设计中建立的系统是一种数据库管理类软件,使用的开发平台是雅奇MIS标准版,建立的数据库为MicrosoftAccess数据库。尽管不能像使用常用的编程语言那样完全按照编程员的意愿来开发软件,也就是说使用图示化的编程语言在运用某些设计模块时会受到“束缚”,但通过恰当的处理也能完成预期的效果,最重要的是这样设计的重点就不再是要编制大量的源代码,而是要设计尽可能友好的图形用户界面(GUI)和实现尽可能完善的功能。
2系统功能及实现方法
本研究主要完成液压系统故障现象和机理的分析与总结,由于液压系统故障诊断的复杂性,该专家系统的实用性是在知识库不断完善的过程中体现出来的,因此本设计的主要任务是:
(1)分析研究所有的液压系统的故障现象和机理,归纳总结并尽可能完善知识库中的知识,以保证专家系统诊断类型的深度;
(2)建立开放的知识库结构,以便于将从专家那里获得专门知识和实践中逐渐积累的实践经验储存到知识库中,从而保证专家系统诊断类型的广度;
(3)建立有效的实例索引机制,以便于不同的专家系统使用者对同一故障现象的不同描述也能搜索到满意的结果,从而保证专家系统的可用性。
据此本设计中系统除了完成软件通用的功能外,主要设计了故障查询、故障诊断、故障档案和故障更新4个模块,下面将分别对各个模块的功能和设计思路进行说明。
①故障查询模块:完成液压元件故障查询、液压回路故障查询和液压系统故障查询。
在液压元件故障查询子功能中,通过收集查阅大量资料和对该方面的有关专家的咨询,对各类元件故障进行归类整理,储存到数据库中,在运行期系统根据用户输入的故障元件名称和故障现象在元件故障知识库中搜索与其匹配的选项,主要是关键词匹配,如果找到相关记录,向用户反馈记录的数目并供用户查阅,如果未找到相关记录,将提示用户检查或更改输入的内容。对回路和故障进行了分类,建立了相应的知识库。主要通过对常用液压系统如组合机床动力滑台液压系统、万能液压机液压系统等进行了故障分析,其方法是根据工作过程推断其可能发生的故障,再依据系统原理图查找最有可能的故障源并提出相应的解决方案,最后核对所要记录的知识,从而建立具有较高可信度的知识库,运行期实现方法同液压元件故障查询子功能。
②故障诊断模块:完成液压系统如组合机床动力滑台液压系统、万能液压机液压系统等的故障诊断。
组合机床动力滑台液压系统故障诊断设计的思路是:在液压系统的关键部位安装压力表这一常用的测试元件,根据系统原理图分析故障现象与压力表读数之间的联系,以建立相应的规则供故障诊断使用。当故障发生时记录各个压力表读数并输入该系统中,系统将根据已设定好的规则来进行推理最可能的故障源,并在系统原理图上以“灯泡”的标志直观地显示出来。万能液压机液压系统故障诊断子功能中,因为仅凭压力表的读数很难准确找到唯一的故障源,所以增加了一些其他的检测手段,并列举了各种故障现象所有可能的故障源。运行时,用户选择对应的故障现象,故障源在系统原理图上就会以“灯泡”的标志直观地显示出来。
③故障档案模块:完成“增加记录”、“删除记录”和“查询记录”功能。
故障档案是设备维修工作记载的原始资料,对于了解系统运行过程中的历史状况、分析故障产生原因和排除对策有重要参考价值。该模块完成的功能就是对系统故障档案数据表进行操作,运行期用户可以很方便的增加记录、删除记录或者是查询记录。
④信息更新模块:完成“元件故障更新”、“典型故障更新”和“系统故障更新”功能。
专家系统只有不断去更新其知识库,增加记录的数量,提高记录的质量,才能真正发挥其作用。该模块通过调用雅奇MIS中的“新增记录”功能,来方便用户定期扩展知识库,进而提高故障查询模块的实用性。
3系统特点
本系统虽然通过推理可以检测液压系统的故障,但其推理机制不是很健全,如在故障查询模块中需要查询某种故障时,采用的是关键字匹配的方法,这种推理机制对于同义词以及不同表达习惯有可能无法查询。但是该系统可以通过增加知识库容量来弥补这种不足,使用时通过以下方法可以尽可能大地发挥该系统的功用。
(1)通过书籍、网络或者向专家请教等手段不断地丰富元件故障知识库和典型故障知识库,并考虑同义词或不同说法的影响,在对应的知识库中增加相关记录,但要注意保证增加知识的质量;
(2)系统故障查询子功能中,对于已有系统的故障查询功能要不断完善,对实际生产使用中新发现的故障类型要进行分析总结,及时更新系统故障知识库,对于新增加的系统也要及时补充其故障查询功能。故障诊断模块也是如此,在理论分析的基础上,必须注重实际经验,要根据掌握的新信息不断修改系统推理的规则,以使系统故障诊断更加可靠;
(3)要做好故障档案的维护工作,对于已发生的系统故障要及时做好故障记录。通过故障档案,不仅可以掌握当前工作液压系统发生故障的规律以更好地维护当前系统,而且定期对故障档案进行分析,与相关专家充分交流,可以获取到重要的系统故障诊断知识,将这些知识存储起来可以丰富现有的知识库。
4结论
本系统是在使用中不断完善的,随着知识库容量扩充和质量提高,其价值才会真正体现出来,而知识库的扩展一方面依赖于领域专家的丰富知识,另一方面也依赖于广大使用者实践经验的增长。当系统所拥有的知识库丰富到对于用户的查询可以提供足够多的参考时,也就达到了设计该系统的目的。当然,设法增加和完善推理规则,尽可能缩小故障源的范围,是本系统值得改进的地方。总的来说,该系统为用户提供了友好的图形用户界面,建立了比较完善的功能,具有很好的可扩展性。
摘自：中国计量测控网
