基于CLIPS的循環流化床鍋爐故障診斷專家系統

姜繼偉,秦 磊,陶國鋒

(中石油華東設計院有限公司,山東 青島 266071)

1 引言

循環流化床鍋爐以其獨特的流化床燃燒技術，自問世以來得到了快速發展和應用。鍋爐規模的大型化、自動化和復雜化，帶來的鍋爐故障處理難度不斷加大。故障原因的及時發現和處理，不僅能減小故障的進一步擴大，而且能減少維修費用，提高設備的利用率，從而提高經濟效益[1]。

循環流化床鍋爐故障診斷專家系統是人工智能在鍋爐故障診斷的應用。利用專業知識解決只有專家才能解決的問題，在信息不完整和不確定的情況下給出合理的解釋。本文利用CLIPS開發了用于鍋爐故障診斷的專家系統，用戶在Visual C++6.0(簡寫VC++)編制的界面上選擇出現的故障征兆，專家系統便能自動診斷故障發生的原因并給出推理結果。

2 VC++與CLIPS開發工具介紹

VC++作為系統的開發語言，是基于C/C++語言，運行于Windows上的交互式可視化集成開發環境。VC++集程序的代碼編輯、編譯、連接、調試等于一體，給編程人員提供了一個完整而又方便的開發界面，并提供了許多有效的輔助開發工具[2]。

CLIPS是“C語言集成產生式系統(C Language Integrated Production System)”的首字母縮略詞，是由美國航空航天管理局(NASA)開發的基于規則的通用專家系統開發工具。作為一個產生式專家系統開發工具，CLIPS 能提供完整的開發環境，建造基于規則或基于對象的專家系統。CLIPS 結構簡潔、程序設計具有模塊化的特點。推理過程采用獨特的Rete模式匹配算法，極大的提高了系統的反應速度[3]。

3 故障診斷專家系統的組成

3.1 專家系統的總體結構

專家系統主要由故障事實庫、知識庫、推理機和人機界面組成，其中知識庫和推理機是兩個重要組成部分，總體結構如圖1所示。

3.2 專家系統知識庫的建立

專家系統知識庫基于CLIPS語言編寫，按照CLIPS語法構成自定義模板、自定義事實和自定義規則三個部分。如“對流煙道受熱面迎風面磨損”。

圖1 專家系統總體結構Fig.1 General Structure of Expert System

故障，可表示為：

(defrule rule-1 “受熱面磨損” (Heating surface wear-1)=> (printout t crlf crlf "【故障現象】對流受熱面磨損"crlf crlf"【原因分析】對流煙道受熱面迎風面磨損。"crlf"【處理措施】采用在受熱面迎風面加裝金屬防磨蓋板的方法，在易磨損的部位采用耐磨性能高的鋼材"。

系統中所有模式必須都與事實匹配，規則才會激活并放入議程中，按CLIPS的優先級順序執行。

3.3 專家系統推理機的實現

專家系統推理采用CLIPS推理機制-基于產生式系統，推理機的工作過程如下：

第一步：模式匹配。掃描規則庫，把所有規則的模式(LHS)與事實表中的事實進行匹配，檢查哪些規則的條件能夠滿足。

第二步：激活所有匹配成功的規則，把它們放進待議事件表(Agenda)中。

第三步：彈出堆棧頂部的規則(優先級最高)，執行其后件(RHS)部分所規定的動作。

第四步：重復以上過程，直到待議事件表變為空。

4 VC++與CLIPS的動態嵌入技術

循環流化床鍋爐故障診斷專家系統是采用CLIPS專家系統工具嵌入VC++開發平臺實現。當前開發CLIPS嵌入式專家系統是使用CLIPS提供的動態鏈接庫方式。該方式具有簡單靈活，傳統程序編程和專家系統的開發獨立進行的特點，使得專家系統的后續維護與擴充方便靈活[4-5]。

5 專家系統的實現

在運行開始加載CLIPS動態庫和規則知識庫，加載成功后提示加載成功。如不成功則會彈出對話框提示并指示出錯的原因，推理運行加載流程如圖2所示。

圖2 推理運行界面加載程序流程Fig.2 The flow diagram for loading program of inference movement interface

在CLIPS加載成功后，可以選擇故障種類和故障事實，如“受熱面磨損”故障對話框如圖3所示。

圖3 受熱面磨損對話框Fig.3 The dialog box of heating surface attrition

在故障事實選擇后，專家系統運行推理后，可給出故障診斷結果并輸出結果對話框，如圖4所示。

圖4 專家系統運行推理結果Fig.4 Results of expert system movement inference

6 結語

基于CLIPS的循環流化床鍋爐故障診斷專家系統，實現了CLIPS與VC++的混合編程。利用VC++構造專家系統人機界面，按照CLIPS編碼規則編寫專家知識庫，通過CLIPS推理機對故障進行診斷分析，最終完成循環流化床鍋爐故障診斷專家系統的開發。該系統還具有故障知識的自動獲取功能，在應用過程中，可以不斷豐富知識規則庫的內容。

[1] 劉德昌，陳漢平，張世紅．循環流化床鍋爐燃燒故障及預防[J]．熱電技術，2007(2)：1-7.

[2] 付靈麗，柴 欣．Visual C++程序設計基礎[M]．北京：中國鐵道出版社，2004：243-304.

[3] 吳鶴齡．專家系統工具CLIPS及其應用[M]．北京：北京理工大學出版社，1991：1-125.

[4] 謝曉方，姜 震．一種結合CLIPS和VC++開發專家系統的方法[J]．計算機系統應用，2004，13(12)：61-63.

[5] 鄧海平，何玉林，杜 靜，等．CLIPS嵌入VC技術的實現與應用[J]．計算機工程與應用，2005(15)：88-91.