基于专家系统的冷库监控技术研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 4 4 738.47KB 56 页 15积分

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摘要

随着人类生活水平的提高，制冷系统的应用范围越来越广泛，系统一旦出现

故障，会严重影响人们的日常生活、工作。此外，制冷系统是一个比较复杂的系

统，要查明故障通常需要花费很多人力物力。目前，随着计算机的普及与应用，

专家系统技术及人工智能领域内其它技术的发展、成熟，开发冷库故障诊断专家

系统具备了良好的基础，使冷库故障的诊断更加迅速、准确。

制冷系统的监控技术主要包括两个部分：对系统的实时监控，解决系统出现

的故障，本文主要研究的是利用专家系统解决制冷系统出现的故障。本文根据制

冷领域各专家的经验以及对专家系统理论的学习构造了冷库故障诊断专家系统。

首先，介绍了故障诊断的理论和发展历史，提出了专家系统的基本结构；其次，

描述了制冷系统的组成及工作原理，并对制冷系统的常见故障进行了详细的分析、

研究，为后面专家系统知识库的建立打下了良好的基础；接着，介绍了知识及知

识表示的理论、方法及特点，进而建立了冷库故障诊断专家系统的知识库。然后，

讨论了推理的控制策略、推理方向、推理的搜索策略，给出了故障诊断专家系统

中正、反向推理的流程图，进而提出了冷库故障诊断专家系统的推理机制；最后

用Java 和Access 软件设计并编程实现了冷库故障诊断专家系统的各个功能模块，

并给出了本系统的运行实例。

本系统使得冷库使用人员可以快速地找到解决冷库故障的办法。采用简单易

用的 Java 语言开发冷库故障诊断专家系统还有很多地方有待完善，但是，本文研

究的方向和基本内容是正确的。

关键字:故障诊断专家系统制冷系统

ABSTRACT

With the increasing of people’s living standards, the refrigeration system is used

in everywhere. So, once the system has the fault, it will seriously affect people’s daily

life and work. In addition, the system is a complex system. To find out the fault usually

takes a lot of resources. At present, the computer is widely used by the people, the

technology of the expert system and the artificial intelligence are maturing. These are

good foundations for developing the fault diagnosis expert systems.

The monitoring technology of the refrigeration system mainly includes the

real-time monitoring of the refrigeration system and solving the faults of the

refrigeration system. The paper developed a fault diagnosis expert system for the

refrigeration storage according to the experience of the experts and the studying of the

expert system knowledge. It is begun with a review of the theory in fault diagnosis and

description of its development, and introducing the basic construct of the expert system,

and describing the principle and architecture of the refrigeration system, and researching

the fault of the refrigeration system carefully. It is a good foundation for building the

knowledge database later. Then, the paper discussed its design principle and realized

method, including knowledge acquisition and representation, and building the

knowledge database of the fault diagnosis expert system for the refrigeration storage. As

the other key of the expert system, reasoning mechanism such as design methods

reasoning direction and were discussed extensively too. Visual Editor was selected as

the development tool of the application program. Microsoft Access was used as the

database of the system. Lastly, the paper gives an example of diagnosing a real fault.

The system makes the users to find out the method of solving the fault of the

refrigeration storage easily. The system may have some places to be perfect, however,

the direction and basic content studied in the paper are correct.

Keywords: fault diagnosis, expert system, refrigeration system

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .....................................................................................................................1

§1.1 故障诊断技术 ...................................................................................................... 1

§1.1.1 故障诊断概念 .................................................................................................1

§1.1.2 故障诊断的方法 .............................................................................................2

§1.1.3 故障诊断发展历史 .........................................................................................3

§1.2 专家系统概述 ....................................................................................................... 5

§1.2.1 专家系统的概念 .............................................................................................5

§1.2.2 专家系统的结构 .............................................................................................6

§1.2.3 故障诊断专家系统的特点 .............................................................................7

§1.2.4 专家系统面临的问题及发展趋势 .................................................................8

§1.3 论文研究的背景和内容 ....................................................................................... 9

§1.3.1 论文研究的背景 .............................................................................................9

§1.3.2 论文研究的内容 ...........................................................................................10

§1.4 本章小结 ............................................................................................................. 11

第二章制冷系统的故障分析 .......................................................................................12

§2.1 制冷的基本原理和方法 ..................................................................................... 12

§2.1.1 制冷的基本原理 ...........................................................................................12

§2.1.2 制冷的基本方法 ...........................................................................................12

§2.2 制冷系统的组成和工作原理 ............................................................................. 12

§2.2.1 制冷系统的组成 ...........................................................................................12

§2.2.2 制冷系统的工作原理 ...................................................................................13

§2.2.3 冷库的工作原理 ...........................................................................................13

§2.3 制冷系统故障分析 ............................................................................................. 14

§2.3.1 制冷系统压力和温度的检测 .......................................................................14

§2.3.2 吸气压力变化对制冷系统的影响 ...............................................................15

§2.3.3 排气（冷凝）压力变化对制冷系统的影响 ..............................................15

§2.3.4 吸气温度与排气温度的关系 ......................................................................16

§2.3.5 压缩冷凝机组有关温度变化对制冷系统的影响 ......................................16

§2.3.6 蒸发机组的有关温度变化对制冷系统的影响 ..........................................17

§2.3.7 环境温度的影响 ..........................................................................................18

§2.4 本章小结 ............................................................................................................. 18

第三章故障诊断专家系统的知识库设计 ...................................................................19

§3.1 知识与知识表示 ................................................................................................. 19

§3.1.1 知识 ...............................................................................................................19

§3.1.2 知识表示 .......................................................................................................20

§3.1.3 知识表示的方法 ...........................................................................................20

§3.2 知识的获取 ......................................................................................................... 23

§3.2.1 知识获取的基本任务 ...................................................................................24

§3.2.2 知识获取的方式 ...........................................................................................25

§3.3 故障诊断专家系统的知识库设计 ..................................................................... 26

§3.3.1 模糊专家系统的模型建立 ...........................................................................26

§3.3.2 系统的知识库框架 .......................................................................................30

§3.4 本章小结 ............................................................................................................. 33

第四章故障诊断专家系统的推理机制 .......................................................................34

§4.1 推理概述 ............................................................................................................. 34

§4.1.1 推理的基本概念 ...........................................................................................34

§4.1.2 推理方式的分类 ...........................................................................................34

§4.2 推理的控制策略 ................................................................................................. 35

§4.3 推理方向 ............................................................................................................. 36

§4.4 推理的搜索策略 ................................................................................................. 39

§4.4.1 宽度优先搜索 ...............................................................................................39

§4.4.2 深度优先搜索 ...............................................................................................39

§4.4.3 启发式搜索 ...................................................................................................39

§4.5 冷库故障诊断专家系统的推理机制 ................................................................. 40

§4.6 本章小结 ............................................................................................................. 42

第五章故障诊断专家系统的实现 ...............................................................................43

§5.1 语言和平台的选择 ............................................................................................. 43

§5.2 冷库故障诊断专家系统的结构体系 ................................................................. 43

§5.2.1 人机接口模块 ...............................................................................................44

§5.2.2 知识获取模块 ...............................................................................................44

§5.2.3 推理模块 .......................................................................................................45

§5.2.4 知识库模块 ...................................................................................................45

§5.2.5 综合数据库模块 ...........................................................................................45

§5.3 冷库故障诊断专家系统运行实例 ..................................................................... 45

§5.3.1 设备故障诊断 ...............................................................................................46

§5.3.2 知识管理 .......................................................................................................47

§5.4 本章小结 ............................................................................................................. 49

第六章全文总结与展望 ...............................................................................................50

参考文献 .........................................................................................................................51

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................52

致谢 .................................................................................................................................53

第一章绪论

§1.1 故障诊断技术

§1.1.1 故障诊断概念

1.故障的概念

故障一般指在既定条件下设备不能执行规定功能的一种状态。这种状态通常

是由错误的使用、硬件损坏、技术条件设置错误、环境变化等引起的。这种状态

大致可以有如下几种情况：

（1）设备的某些性能参数超出了规定范围，达不到设计的要求；

（2）设备的结构发生变化，产生严重事故；

（3）设备的某些功能失灵；

（4）设备的一些零件老化，导致设备使用不正常。

设备故障通常包括磨损性故障、腐蚀性故障、老化性故障和断裂性故障这四

种。

2.故障诊断

故障诊断（Fault Diagnosis）就是利用某些仪器来检测机械设备的运转是否正

常。设备正常运行时，预报设备的运行状态；设备一旦发生故障，对故障的原因、

程度等问题进行分析、判断，并提供维修方法。故障诊断的技术主要包含以下内

容：故障判别、故障隔离、故障辨识。所谓故障判别就是判断系统中是否发生了

故障及判断故障何时发生的；故障隔离就是在知道故障后确定故障发生的位置以

及故障类型；故障辨识是指确定故障的大小以及时变特性。

故障诊断技术涉及多方面的技术，综合性较强。它涵括了控制论、信号处理

与模式识别、人工智能、电子技术、计算机科学、统计学等诸多内容。故障诊断

首先是查找故障，然后对出现的故障提供相应的解决方法。因此，该技术包括了

诊和断两方面的内容。与此相应，故障诊断过程可分为两部分：a.收集信息，分析

处理信息；b.诊断故障，提供决策，该过程可用图 1-1 表示。

故障诊断通常分为以下几类：

（1）根据诊断的方法分为：运行诊断和功能诊断。运行诊断是对设备运行过

程进行监控，一般用于正常运行的设备；功能诊断是检查设备的功能是否正常。

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摘要随着人类生活水平的提高，制冷系统的应用范围越来越广泛，系统一旦出现故障，会严重影响人们的日常生活、工作。此外，制冷系统是一个比较复杂的系统，要查明故障通常需要花费很多人力物力。目前，随着计算机的普及与应用，专家系统技术及人工智能领域内其它技术的发展、成熟，开发冷库故障诊断专家系统具备了良好的基础，使冷库故障的诊断更加迅速、准确。制冷系统的监控技术主要包括两个部分：对系统的实时监控，解决系统出现的故障，本文主要研究的是利用专家系统解决制冷系统出现的故障。本文根据制冷领域各专家的经验以及对专家系统理论的学习构造了冷库故障诊断专家系统。首先，介绍了故障诊断的理论和发展历史，提出了专家系统的基本结...

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