周毓明
上海城投水务（集团）有限公司制水分公司杨树浦水厂 上海 200082
摘要：故障诊断技术是指在系统运行状态或工作状态下，通过各种监测手段判别其故障状态、故障部位和故障原因的技术手段。故障诊断技术自兴起以来，被广泛应用于各大领域，对保障人员和系统安全、提高设备的管理水平、提高经济效益以及避免重大灾难事故的发生等方面有重要作用。
关键词：在线分析仪器；故障诊断；专家系统
引言
随着国民经济的发展和社会的进步，在线分析仪器在流程工业、环境监测及其他科研领域的应用也越来越广泛。但是，由于受环境温湿度、电磁场或其他一些难以避免的意外因素的影响，在线分析仪器在生产过程中有可能出现异常和故障情况，有些严重的可能演化为生产事故，并造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，仪器设备的安全性问题引起了人们的高度重视，实现在线分析仪器的远程监测和故障诊断成为现代工业领域的迫切需求本课题是根据工程实际需求设计的一套分布式系统下的在线分析仪器故障诊断专家系统。
1在线分析仪器故障诊断专家系统总体结构
1.1硬件连接
本系统中，硬件连接分为两条连接路线一一气连接和电气连接。气连接使用了外径为6mm或者1/4“的软管。用软管将气泵的出口与西门子气体分析仪气体入口相连接，该线路必须保证不漏气。电气连接分电源线的连接和信号线的连接。电源线即连接电源。信号线的连接如图2-3所示，本系统利用无线传感器网络结合工nternet实现仪表与系统的远程通信，把西门子分析仪RS48_5串口接出，经过RS48_5转RS232接口后接入无线传感网络，将西门子气体分析仪传来的信息代码解析后取出有效代码，将其用无线传感器网络协议打包，发送给网关，由网关发送给PC机，从而实现信号连接与数据传输。
1.2软件结构设计
在线分析仪器故障诊断专家系统的结构如图2-4所示。系统的整体架构利用Java搭建，采用MVC（Model-View-Controller，模型一视图一控制器）的设计模式，使系统的输入、处理、输出分开。专家系统主要由人机界面（GraphicalUserInterface，简称GUI）、推理机、知识库、数据库和案例库构成。以GUI作为系统的主框架，嵌入推理机、连接数据库、知识库和案例库。主框架由Java实现，数据库和案例库的构建采用MySQL数据库，推理机则利用Clojure实现。本课题以西门子在线气体分析仪U23为例，实现在线分析仪器故障诊断专家系统的开发。Java目前拥有全球最大的开发者专业社群，是一种可以撰写跨平台应用程序的面向对象的程序设计语言[}ZS}oJava具有卓越的通用性、高效性、可移植性和安全性，被广泛应用于PC、数据中心、科学超级计算机和互联.Clojure是一种动态的、强类型的、寄居在运行在Java虚拟机（JVM）平台上的函数式编程语言，其语法接近Lisp语言，在JVM平台运行的时候，会被编译为JVM的字节码进行运算。Clojure与JAVA具有良好的互操作性[26}oClojure提供了进行并行、并发编程的创新式解决方案，现在多核、多CPU以及分布式计算己经逐渐成为趋势，Clojure对于多线程编程的支持，无需手动加锁解锁，可以极大的提高程序的运行效率[f261。因此，利用Clojure实现推理机的设计不但能简化代码，还可以极大的提高推理机的推理速度。
2在线分析仪器通信协议解析
2.1数据获取
ULTRAMAT23通过串口实现与服务器//PC机的通信，其通信数据的传输依据串口通信的统一标准。U23的串口通信波特率为9600，数据帧由1位起始位、8位数据位、1位停止位组成，没有奇偶校验位。据此我们可将接收到的数据拆解，获得U23的实际通信数据。可采用最简单的接线方式以便于更快的获取U23的通信数据：直接将U23与PC机之间通过串口RS48_5/RS232转换器相连，如图3-1所示。
2.2故障码解析
使用SipromGA读取诊断值和偏移值时，软件界面上会显示故障信息。此时，串口通信数据里面很明显是包含故障码的。对照解析出的协议，提取出有可能是故障码的数据段，结合SipromGA上的故障日志信息，再对照U23工作手册，进行验证修改，便可分析出故障代码。
2.3协议解析
对采集到的数据进行分析，以确定U23协议的通信协议格式、步骤。协议解析的思路如下：（1>确定协议的起始与结束标志，分离出完整数据包；（2）由完整数据包猜测协议格式，按其分割数据包为数据段，分析每个数据段的内容；（3）验证其正确性并修改，若正确，总结归纳得出协议格式，否则返回（2>0考虑到初期协议完全未知的情况，可结合人工分析与数据分析技术，来提高分析效率与正确率。数据分析技术是从大量的数据中抽取潜在的、有价值的知识（模型或规则）的过程。本文中，主要利用关联与分类的分析方法来实现通信协议解析。
结语
本文关于在线分析仪器故障诊断专家系统的研究有不少可取之处，但也有不少不足之处，在完善加强系统的过程中，需要不断将相关的新方法运用于其中，使其不断改进完善。人工智家系统具有更高的实用价值。修改、扩展和完善。推理方法与领域专家经验知识的良好结合将使本专但由于专家知识的不充分，系统有待于今后进一步修改和完善。
参考文献：
[1]高喜奎，朱卫东，程明霄.在线分析系统工程技术「M].北京：化学工业出版社，2013.
[2]高喜奎，白焰，王仁书，李玉凯.在线分析系统通用故障诊断平台设计与实现田.控制工程，2016，04：576-581.
论文作者:周毓明
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第19期
论文发表时间:2018/2/3
标签：在线论文; 专家系统论文; 数据论文; 故障诊断论文; 分析仪器论文; 故障论文; 协议论文; 《建筑科技》2017年第19期论文;