用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)，其包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊、知識庫模塊、知識獲取模塊、推理機(jī)模塊和解釋機(jī)模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的導(dǎo)航系統(tǒng)1)采用了可表達(dá)更復(fù)雜邏輯的CLIPS專家系統(tǒng)為內(nèi)核，這種專家系統(tǒng)采用了Rete模式匹配算法(Rete?Pattern-Matching?Algorithm)，推理、計(jì)算效率更高；2)采用VC++語言開發(fā)數(shù)據(jù)采集與處理、人機(jī)接口模塊，執(zhí)行速度更快；3)用簡單的硬件架構(gòu)方式，解決了將導(dǎo)航結(jié)果直接展示到操作員面前的問題。
【專利說明】用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于石油與天然氣工程中的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]石油化工裝置的開停車過程通常包含連續(xù)的、并行的和閉環(huán)控制操作等，由于操作環(huán)境的多變性，所以在操作上容易引起非常嚴(yán)重的非線性問題。同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)上和操作上考慮，都需要保證開停車過程是安全和穩(wěn)定的。所以，裝置開停車的操作過程對操作人員的技術(shù)要求很高，操作人員必須具備較高的操作及控制水平。即使操作人員可以在仿真環(huán)境下進(jìn)行練習(xí)，但因裝置現(xiàn)場情況多變，仿真軟件很難做到面面俱到，故目前的開停車過程主要依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作。因此，提供面向?qū)?fù)雜石油化工裝置開停車過程的崗位工人和技術(shù)人員的在線指導(dǎo)已成為了比較迫切的任務(wù)。
[0003]本發(fā)明就是在上述要求的基礎(chǔ)上提出的一種用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題提供一種用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)可以將導(dǎo)航結(jié)果直接通過平板電腦顯示給操作人員，以CLIPS專家系統(tǒng)為內(nèi)核，以VC++語言開發(fā)數(shù)據(jù)采集與處理、人機(jī)接口模塊，完成了開停車操作導(dǎo)航的軟件系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)，其包括:
[0006]實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取模塊，從裝置的自控系統(tǒng)采集推理機(jī)模塊所需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并發(fā)送到推理機(jī)；
[0007]知識庫模塊，其用于存放由知識獲取模塊獲取而來的專家知識，知識庫模塊包括用于解釋機(jī)讀寫的專家操作知識數(shù)據(jù)庫和用于推理機(jī)推理的專家推理規(guī)則庫；專家操作知識數(shù)據(jù)庫存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠有條理的對專家知識進(jìn)行存取、讀取與管理，更好地實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面的交互?’專家推理規(guī)則庫存儲于能被CLIPS系統(tǒng)讀寫的clp文件，方便CLIPS推理機(jī)進(jìn)行規(guī)則的調(diào)用；
[0008]知識獲取模塊，其用于錄入相關(guān)專家知識，并將其存儲在知識庫模塊中的專家操作知識數(shù)據(jù)庫和專家推理規(guī)則庫，其主要功能包括工程、過程和步驟的編輯、添加、刪除以及步驟各項(xiàng)屬性設(shè)置；
[0009]推理機(jī)模塊，其根據(jù)當(dāng)前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及存儲的專家規(guī)則，進(jìn)行內(nèi)部推理，得到裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并給出相應(yīng)輸出；
[0010]解釋機(jī)模塊，根據(jù)推理機(jī)的輸出，到專家經(jīng)驗(yàn)知識數(shù)據(jù)庫讀取相應(yīng)的專家知識顯示在界面上，專家知識庫中的知識分為三級包括工程、過程、步驟，可以由上而下進(jìn)行讀取，并規(guī)整的顯示在界面上。[0011]本發(fā)明還提供了上述導(dǎo)航系統(tǒng)的使用方法；
[0012]第一步,專家知識構(gòu)建方法,用于錄入相關(guān)專家經(jīng)驗(yàn)知識,并將其存儲在專家經(jīng)驗(yàn)知識庫，并轉(zhuǎn)化為專家規(guī)則(CLIPS規(guī)則語句)，其主要功能包括工程、過程和步驟的編輯、添加、刪除以及步驟各項(xiàng)屬性設(shè)置；
[0013]第二步，實(shí)施導(dǎo)航，將存儲的專家知識按照操作步驟川頁序顯示在界面上，用于引導(dǎo)用戶操作；同時(shí)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CLIPS規(guī)則識別的事實(shí)；調(diào)用CLIPS專家工具自帶的推理機(jī)將現(xiàn)有的事實(shí)與生成的CLIPS規(guī)則進(jìn)行匹配，得到輸出結(jié)果；對輸出結(jié)果的分析，并將其顯示在界面的相應(yīng)步驟上。
[0014]所述第一步進(jìn)一步包括:
[0015]A、完成對復(fù)雜開停車操作過程的歸納和全面解析，主要的步驟形式歸納如下:
[0016](a) 一般步驟:不需要其它條件要求，只需要等待其基本條件達(dá)到即可觸發(fā)。例如打開某個(gè)閥門，只需相應(yīng)位號滿足條件即可；
[0017](b)含有起始條件的步驟:即操作本步驟前，需要的其它條件已經(jīng)滿足，否則給出錯(cuò)誤操作提示。這些條件包括當(dāng)前的狀態(tài)、前面某些步驟是否完成以及相應(yīng)的時(shí)間關(guān)系等。例如要控制反應(yīng)器系統(tǒng)壓力達(dá)到0.25MPa，需要控制反應(yīng)器系統(tǒng)壓力達(dá)到0.05MPa時(shí)到當(dāng)前的時(shí)間大于10分鐘；
[0018](c)速率控制的步驟:主要監(jiān)測需要滿足速率控制要求的變量，例如反應(yīng)器的升溫速率應(yīng)該控制在一定數(shù)值范圍，否則可能會出現(xiàn)危險(xiǎn)；
[0019](d)質(zhì)量控制的步驟:主要完成對穩(wěn)定量的穩(wěn)定性監(jiān)測，例如控制液位達(dá)到50%，允許一定的波動范圍；
[0020](e)人工確認(rèn)的步驟:主要針對不能夠在DCS中查詢到數(shù)據(jù)的步驟，例如需要外操人員查看火焰顏色等。
[0021]B、將輸入的專家知識存儲于數(shù)據(jù)庫中，并轉(zhuǎn)換為CLIPS系統(tǒng)可識別的規(guī)則。專家知識庫為工程、過程、步驟三級管理，分別配置不同屬性來實(shí)現(xiàn)專家知識的全面存儲。CLIPS文件由三部分構(gòu)成:自定義模版結(jié)構(gòu)、自定義事實(shí)結(jié)構(gòu)、CLIPS規(guī)則。自定義模版的結(jié)構(gòu)用來表達(dá)推理機(jī)所需的事實(shí)信息，例如當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表達(dá)；自定義事實(shí)結(jié)構(gòu)包含初始狀態(tài)下的已知事實(shí)或自定義標(biāo)志；CLIPS規(guī)則為規(guī)整的步驟規(guī)則，其中條件元素包含該步驟的觸發(fā)條件，行為列表則為操作結(jié)果。
[0022]本發(fā)明提供的用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)采用專家系統(tǒng)的模式，采用B/S架構(gòu)，內(nèi)部處理程序，如推理機(jī)模塊、解釋機(jī)模塊、知識獲取模塊，具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、全面性，采用Server方式運(yùn)行推理計(jì)算。
[0023]本發(fā)明還提供了一種用于石油化工裝置開停機(jī)操作的導(dǎo)航裝置，其包括服務(wù)器、無線路由和平板電腦；
[0024]服務(wù)器配置在中控機(jī)房中，其上安裝有上述的用于石油化工裝置開停機(jī)操作的導(dǎo)航系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)以進(jìn)行開停車操作運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與操作導(dǎo)航計(jì)算、發(fā)送計(jì)算結(jié)果到無線路由；
[0025]在中控機(jī)房配置無線路由，作為連接中控機(jī)房的服務(wù)器與中控室平板電腦的媒介；
[0026]將平板電腦放置在中控室操作人員面前的工作臺上，該平板電腦通過與服務(wù)器建立無線連接來傳輸數(shù)據(jù)，將操作導(dǎo)航方案用平板電腦展示給用戶。
[0027]本發(fā)明的有益效果:
[0028]本發(fā)明主要開發(fā)了基于CLIPS專家系統(tǒng)的石油化工裝置開停車導(dǎo)航系統(tǒng)的軟硬件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，
[0029]I)采用了可表達(dá)更復(fù)雜邏輯的CLIPS專家系統(tǒng)為內(nèi)核，這種專家系統(tǒng)采用了 Rete模式匹配算法(Rete Pattern-Matching Algorithm),推理、計(jì)算效率更高；
[0030]2)采用VC++語言開發(fā)數(shù)據(jù)采集與處理、人機(jī)接口模塊，執(zhí)行速度更快；
[0031]3)用簡單的硬件架構(gòu)方式，解決了將導(dǎo)航結(jié)果直接展示到操作員面前的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明開停車操作導(dǎo)航裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明開停車操作導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖；
[0034]圖3為解釋機(jī)模塊的主要流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明提供了一種用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)，其包括:
[0036]實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取模塊，從裝置的自控系統(tǒng)(主要是DCS系統(tǒng))采集推理機(jī)模塊所需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并發(fā)送到推理機(jī)；
[0037]知識庫模塊，其用于存放由知識獲取模塊獲取而來的專家知識，知識庫模塊分為用于解釋機(jī)讀寫的專家操作知識數(shù)據(jù)庫和用于推理機(jī)推理的專家推理規(guī)則庫，專家操作知識數(shù)據(jù)庫存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠有條理的對專家知識進(jìn)行存取、讀取與管理，更好地實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面的交互；專家推理規(guī)則庫存儲于能被CLIPS系統(tǒng)讀寫的clp文件，方便CLIPS推理機(jī)進(jìn)行規(guī)則的調(diào)用；
[0038]知識獲取模塊，其用于錄入相關(guān)專家知識，并將其存儲在知識庫模塊中的專家操作知識數(shù)據(jù)庫和專家推理規(guī)則庫，其主要功能包括工程、過程和步驟的編輯、添加、刪除以及步驟各項(xiàng)屬性設(shè)置；
[0039]推理機(jī)模塊，其根據(jù)當(dāng)前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及存儲的專家規(guī)則，進(jìn)行內(nèi)部推理，得到裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并給出相應(yīng)輸出；
[0040]解釋機(jī)模塊，根據(jù)推理機(jī)的輸出，到專家經(jīng)驗(yàn)知識數(shù)據(jù)庫讀取相應(yīng)的專家知識顯示在界面上，專家知識庫中的知識分為三級包括工程、過程、步驟，可以由上而下進(jìn)行讀取，并規(guī)整的顯示在界面上。
[0041]推理機(jī)模塊以石化裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)(如溫度、壓力、流量、液位等)為輸入，進(jìn)行規(guī)則觸發(fā)并將結(jié)果輸出，所謂規(guī)則觸發(fā)是指所有的基本規(guī)則，都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)學(xué)、邏輯運(yùn)算后的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)大于小于某個(gè)值的形式實(shí)現(xiàn)的，基本規(guī)則再經(jīng)過模糊邏輯的排列組合，形成一條條的邏輯表達(dá)式，即專家推理規(guī)則，在結(jié)果輸出過程中專家推理規(guī)則被觸發(fā)后，會返回一個(gè)代碼，通過該代碼，到專家操作知識數(shù)據(jù)庫去檢索相應(yīng)的文字說明。
[0042]本發(fā)明還提供了上述導(dǎo)航系統(tǒng)的使用方法；
[0043]第一步，專家知識構(gòu)建方法，用于錄入相關(guān)專家知識，并將其存儲在專家知識庫，并轉(zhuǎn)化為專家規(guī)則(CLIPS規(guī)則語句)，其主要功能包括工程、過程和步驟的添加、刪除、上下移動以及步驟各項(xiàng)屬性設(shè)置；
[0044]第二步，實(shí)施導(dǎo)航，將存儲的專家知識按照操作步驟川頁序顯示在界面上，用于引導(dǎo)用戶操作；同時(shí)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CLIPS規(guī)則識別的事實(shí)；調(diào)用CLIPS專家工具自帶的推理機(jī)將現(xiàn)有的事實(shí)與生成的CLIPS規(guī)則進(jìn)行匹配，得到輸出結(jié)果；對輸出結(jié)果的分析，并將其顯示在界面的相應(yīng)步驟上。
[0045]所述第一步進(jìn)一步包括:
[0046]A、完成對復(fù)雜開停車操作過程的歸納和全面解析，主要的步驟形式歸納如下:
[0047](a) 一般步驟:不需要其它條件要求，只需要等待其基本條件達(dá)到即可觸發(fā)。例如打開某個(gè)閥門，只需相應(yīng)位號滿足條件即可；
[0048](b)含有起始條件的步驟:即操作本步驟前，需要的其它條件已經(jīng)滿足，否則給出錯(cuò)誤操作提示。這些條件包括當(dāng)前的狀態(tài)、前面某些步驟是否完成以及相應(yīng)的時(shí)間關(guān)系等。例如要控制反應(yīng)器系統(tǒng)壓力達(dá)到0.25MPa，需要控制反應(yīng)器系統(tǒng)壓力達(dá)到0.05MPa時(shí)到當(dāng)前的時(shí)間大于10分鐘；
[0049](C)速率控制的步驟:主要監(jiān)測需要滿足速率控制要求的變量，例如反應(yīng)器的升溫速率應(yīng)該控制在一定數(shù)值范圍，否則可能會出現(xiàn)危險(xiǎn)；
[0050](d)質(zhì)量控制的步驟:主要完成對穩(wěn)定量的穩(wěn)定性監(jiān)測，例如控制液位達(dá)到50%，允許一定的波動范圍；
[0051](e)人工確認(rèn)的步驟:主要針對不能夠在DCS中查詢到數(shù)據(jù)的步驟，例如需要外操人員查看火焰顏色等。
[0052]上述多種控制類型的設(shè)置只需要用戶在設(shè)置界面上填寫相關(guān)信息即可。對起始條件的設(shè)置，可以通過導(dǎo)入或添加進(jìn)行條件的插入和修改，并輸入各條件之間的邏輯關(guān)系。
[0053]B、將輸入的專家知識存儲于數(shù)據(jù)庫中，并轉(zhuǎn)換為CLIPS系統(tǒng)可識別的規(guī)則。專家知識庫為工程、過程、步驟三級管理，分別配置不同屬性來實(shí)現(xiàn)專家知識的全面存儲。CLIPS文件由三部分構(gòu)成:自定義模版結(jié)構(gòu)、自定義事實(shí)結(jié)構(gòu)、CLIPS規(guī)則。自定義模版的結(jié)構(gòu)用來表達(dá)推理機(jī)所需的事實(shí)信息，例如當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表達(dá)；自定義事實(shí)結(jié)構(gòu)包含初始狀態(tài)下的已知事實(shí)或自定義標(biāo)志；CLIPS規(guī)則為規(guī)整的步驟規(guī)則，其中條件元素包含該步驟的觸發(fā)條件，行為列表則為操作結(jié)果。
[0054]本發(fā)明提供的用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)采用專家系統(tǒng)的模式，采用B/S架構(gòu)，內(nèi)部處理程序，如推理機(jī)模塊、解釋機(jī)模塊、知識獲取模塊，具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、全面性，采用Server方式運(yùn)行推理計(jì)算。
[0055]本發(fā)明提供的用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)采用Visual C++編寫框架，CLIPS作為內(nèi)部推理機(jī)，即將CLIPS的核心推理機(jī)嵌入到VC平臺中。
[0056]前臺采用Browser方式瀏覽。采用了通用的專家系統(tǒng)工具CLIPS(C LanguageIntegrates Product System)作為系統(tǒng)內(nèi)核。
[0057]該導(dǎo)航系統(tǒng)以內(nèi)置的專家規(guī)則為基準(zhǔn)，通過分析從現(xiàn)場收集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，得到裝置開停車操作的導(dǎo)航信息，具體為:
[0058]①基于專家系統(tǒng)的裝置開停車操作運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控:以內(nèi)置的專家規(guī)則為基準(zhǔn)，通過分析從現(xiàn)場收集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，得到裝置開停車操作的運(yùn)行狀態(tài)。包括專家規(guī)則的建立、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控結(jié)果的存儲等。
[0059]②裝置開停車操作過程安全運(yùn)行操作導(dǎo)航:在基于專家系統(tǒng)的裝置開停車操作運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，由專家系統(tǒng)提供操作導(dǎo)航。包括專家規(guī)則的建立、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、導(dǎo)航結(jié)果的存儲等。
[0060]本發(fā)明提出的用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)基于專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要功能是將開停車操作方案、專家經(jīng)驗(yàn)等專家知識轉(zhuǎn)化為規(guī)則庫，實(shí)時(shí)導(dǎo)航時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場操作的情況，提供相應(yīng)的操作提示，引導(dǎo)操作人員完成整個(gè)裝置的開停車過程。
[0061]本發(fā)明還提供了一種用于石油化工裝置開停機(jī)操作的導(dǎo)航裝置，其包括服務(wù)器、無線路由和平板電腦；
[0062]服務(wù)器配置在中控機(jī)房中，其上安裝有上述的用于石油化工裝置開停機(jī)操作的導(dǎo)航系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)以進(jìn)行開停車操作運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與操作導(dǎo)航計(jì)算、發(fā)送計(jì)算結(jié)果到無線路由；
[0063]在中控機(jī)房配置無線路由，作為連接中控機(jī)房的服務(wù)器與中控室平板電腦的媒介；
[0064]將平板電腦放置在中控室操作人員面前的工作臺上，該平板電腦通過與服務(wù)器建立無線連接來傳輸數(shù)據(jù)，將操作導(dǎo)航方案用平板電腦展示給用戶。
[0065]以下采用實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0066]本發(fā)明提出的石油化工裝置開停車導(dǎo)航系統(tǒng)基于專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要功能是將開停車操作方案、專家經(jīng)驗(yàn)等專家知識轉(zhuǎn)化為規(guī)則庫，實(shí)時(shí)導(dǎo)航時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場操作的情況，提供相應(yīng)的操作提示，引導(dǎo)操作人員完成整個(gè)裝置的開停車過程。
[0067]I)開停車導(dǎo)航系統(tǒng)的架構(gòu)
[0068]系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用專家系統(tǒng)的模式，采用B/S架構(gòu)，如圖2所示。人機(jī)界面等前臺面向裝置專家及操作人員，具有較好的可操作性和使用性。后臺面向內(nèi)部處理程序(推理機(jī)、解釋機(jī)、知識獲取)，具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、全面性。后臺采用Server方式運(yùn)行推理計(jì)算，前臺采用Browser方式瀏覽。為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)建復(fù)雜專家規(guī)則的要求，采用了通用的專家系統(tǒng)工具CLIPS(C Language Integrates Product System)作為系統(tǒng)內(nèi)核。
[0069](I)知識獲取模塊
[0070]知識獲取和推理是專家系統(tǒng)的核心。在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，知識獲取最困難。它要求把用于求解專門領(lǐng)域問題的知識從擁有這些知識的知識源中抽取出來，并轉(zhuǎn)換為特定的計(jì)算機(jī)表示。即把復(fù)雜的開停車過程從有相關(guān)專家、有經(jīng)驗(yàn)的操作人員、相關(guān)資料等挖掘出來，并轉(zhuǎn)化為一定的規(guī)則，存儲于計(jì)算機(jī)中。本專利采用表達(dá)方式簡單、易理解、規(guī)則具有獨(dú)立性、容易修改擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)的產(chǎn)生式規(guī)則表示。
[0071](2)推理機(jī)模塊
[0072]推理機(jī)的主要任務(wù)是在問題求解過程中適時(shí)地決定知識的選擇和運(yùn)用，其推理是根據(jù)一定的規(guī)則從已知的事實(shí)推出新的事實(shí)的思維過程。推理機(jī)完成對事實(shí)輸入、規(guī)則觸發(fā)、結(jié)果輸出等。CLIPS的推理機(jī)使用了強(qiáng)大的模式匹配Rete算法，具有較快的推理速度?？梢愿鶕?jù)當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)(事實(shí))以及存儲的專家知識(規(guī)則)，進(jìn)行內(nèi)部推理，并給出相應(yīng)輸出。[0073](3)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊
[0074]事實(shí)表包含推理所需的數(shù)據(jù)，用以表示當(dāng)前系統(tǒng)所處的狀態(tài)。因此需要建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，從DCS (Distributed Control Systems,集散控制系統(tǒng))系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并傳遞給事實(shí)表。0PC(0LE for Process Control)接口技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于采集DCS數(shù)據(jù)的方法，所以可以使用OPC Client對DCS的OPC Server進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并存儲于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。
[0075](4)知識庫模塊
[0076]知識庫是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高智能化運(yùn)行的技術(shù)關(guān)鍵。它用于存放由知識獲取程序獲取而來的專家知識。為了實(shí)現(xiàn)推理機(jī)與解釋機(jī)的快速高效運(yùn)行，知識庫分為便于解釋機(jī)讀寫的專家知識數(shù)據(jù)庫以及便于推理機(jī)推理的專家系統(tǒng)規(guī)則庫。專家知識庫存儲于關(guān)系數(shù)據(jù)庫，能夠有條理的對專家知識進(jìn)行存取、讀取與管理，更好地實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面的交互。專家系統(tǒng)規(guī)則庫為用于存儲CLIPS規(guī)則的clp文件，方便推理機(jī)進(jìn)行規(guī)則的調(diào)用。
[0077]2)開停車導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
[0078]CLIPS是為人工智能設(shè)計(jì)的，數(shù)據(jù)處理和人機(jī)接口并不是它的優(yōu)勢。因此，用它來直接開發(fā)符合現(xiàn)代軟件工程要求的軟件系統(tǒng)比較困難。為了實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)接口與高效的推理內(nèi)核，本文開發(fā)的開停車導(dǎo)航系統(tǒng)采用Visual C++編寫框架，CLIPS作為內(nèi)部推理機(jī)，即將CLIPS的核心推理機(jī)嵌入到VC平臺中。系統(tǒng)分為專家知識構(gòu)建模塊和實(shí)時(shí)導(dǎo)航模塊。
[0079](I)專家知識構(gòu)建
[0080]專家知識構(gòu)建模塊主要面向相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥糜阡浫雽＜抑R，并將其存儲在專家知識庫，并轉(zhuǎn)化為專家規(guī)則(CLIPS規(guī)則語句)。主要功能包括工程、過程和步驟的添加、刪除、上下移動以及步驟各項(xiàng)屬性設(shè)置。專家知識輸入界面如圖2所示:
[0081]A)首先要完成對復(fù)雜開停車操作過程的歸納和全面解析，主要的步驟形式歸納如下:
[0082](a) 一般步驟:不需要其它條件要求，只需要等待其基本條件達(dá)到即可觸發(fā)。例如打開某個(gè)閥門，只需相應(yīng)位號滿足條件即可；
[0083](b)含有起始條件的步驟:即操作本步驟前，需要的其它條件已經(jīng)滿足，否則給出錯(cuò)誤操作提示。這些條件包括當(dāng)前的狀態(tài)、前面某些步驟是否完成以及相應(yīng)的時(shí)間關(guān)系等。例如要控制反應(yīng)器系統(tǒng)壓力達(dá)到0.25MPa，需要控制反應(yīng)器系統(tǒng)壓力達(dá)到0.05MPa時(shí)到當(dāng)前的時(shí)間大于10分鐘；
[0084](C)速率控制的步驟:主要監(jiān)測需要滿足速率控制要求的變量，例如反應(yīng)器的升溫速率應(yīng)該控制在一定數(shù)值范圍，否則可能會出現(xiàn)危險(xiǎn)；
[0085](d)質(zhì)量控制的步驟:主要完成對穩(wěn)定量的穩(wěn)定性監(jiān)測，例如控制液位達(dá)到50%，允許一定的波動范圍；
[0086](e)人工確認(rèn)的步驟:主要針對不能夠在DCS中查詢到數(shù)據(jù)的步驟，例如需要外操人員查看火焰顏色等。
[0087]上述多種控制類型的設(shè)置只需要用戶在設(shè)置界面上填寫相關(guān)信息即可。如圖3所示，對起始條件的設(shè)置，可以通過導(dǎo)入或添加進(jìn)行條件的插入和修改，并輸入各條件之間的邏輯關(guān)系。
[0088]B)將輸入的專家知識存儲于數(shù)據(jù)庫中，并轉(zhuǎn)換為CLIPS系統(tǒng)可識別的規(guī)則。專家知識庫為工程、過程、步驟三級管理，分別配置不同屬性來實(shí)現(xiàn)專家知識的全面存儲。CLIPS文件由三部分構(gòu)成:自定義模版結(jié)構(gòu)、自定義事實(shí)結(jié)構(gòu)、CLIPS規(guī)則。自定義模版的結(jié)構(gòu)用來表達(dá)推理機(jī)所需的事實(shí)信息，例如當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表達(dá)；自定義事實(shí)結(jié)構(gòu)包含初始狀態(tài)下的已知事實(shí)或自定義標(biāo)志；CLIPS規(guī)則為規(guī)整的步驟規(guī)則，其中條件元素包含該步驟的觸發(fā)條件，行為列表則為操作結(jié)果。
[0089](2)實(shí)時(shí)導(dǎo)航
[0090]實(shí)時(shí)導(dǎo)航模塊需要完成以下功能:將存儲的專家知識按照操作步驟川頁序顯示在界面上，用于引導(dǎo)用戶操作；同時(shí)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CLIPS規(guī)則識別的事實(shí)；調(diào)用CLIPS專家工具自帶的推理機(jī)將現(xiàn)有的事實(shí)與生成的CLIPS規(guī)則進(jìn)行匹配，得到輸出結(jié)果；對輸出結(jié)果的分析，并將其顯示在界面的相應(yīng)步驟上。
[0091]A)解釋機(jī)的設(shè)計(jì)
[0092]解釋機(jī)主要功能是讀取將數(shù)據(jù)庫的專家知識并顯示在界面上。數(shù)據(jù)庫中的知識分為三級包括工程、過程、步驟，可以由上而下進(jìn)行讀取，并規(guī)整的顯示在界面上。
[0093]B)推理機(jī)的應(yīng)用
[0094]本系統(tǒng)采用VC++調(diào)用CLIPS工具的動態(tài)鏈接庫的方式，通過調(diào)用clips, dll動態(tài)庫的函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對CLIPS的混合編程。
[0095]C)結(jié)果顯示
[0096]由推理機(jī)內(nèi)部推理所得輸出結(jié)果含有所需的狀態(tài)信息，如當(dāng)前操作步驟的位置、操作準(zhǔn)確性以及相關(guān)信息說明等。
[0097]所有上述的首要實(shí)施這一知識產(chǎn)權(quán)，并沒有設(shè)定限制其他形式的實(shí)施這種新產(chǎn)品和/或新方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員將利用這一重要信息，上述內(nèi)容修改，以實(shí)現(xiàn)類似的執(zhí)行情況。但是，所有修改或改造基于本發(fā)明新產(chǎn)品屬于保留的權(quán)利。
[0098]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于石油化工裝置開停車操作的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，包括: 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取模塊，從裝置的自控系統(tǒng)采集推理機(jī)模塊所需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并發(fā)送到推理機(jī)； 知識庫模塊，其用于存放由知識獲取模塊獲取而來的專家知識，知識庫模塊分為用于解釋機(jī)讀寫的專家操作知識數(shù)據(jù)庫和用于推理機(jī)推理的專家推理規(guī)則庫，專家操作知識數(shù)據(jù)庫存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠有條理的對專家知識進(jìn)行存取、讀取與管理，更好地實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面的交互；專家推理規(guī)則庫存儲于能被CLIPS系統(tǒng)讀寫的Clp文件，方便CLIPS推理機(jī)進(jìn)行規(guī)則的調(diào)用； 知識獲取模塊，其用于錄入相關(guān)專家知識，并將其存儲在知識庫模塊中的專家操作知識數(shù)據(jù)庫和專家推理規(guī)則庫，其主要功能包括工程、過程和步驟的編輯、添加、刪除以及步驟各項(xiàng)屬性設(shè)置； 推理機(jī)模塊，其根據(jù)當(dāng)前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及存儲的專家規(guī)則，進(jìn)行內(nèi)部推理，得到裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并給出相應(yīng)輸出； 解釋機(jī)模塊，根據(jù)推理機(jī)的輸出，到專家經(jīng)驗(yàn)知識數(shù)據(jù)庫讀取相應(yīng)的專家知識顯示在界面上，專家知識庫中的知識分為三級包括工程、過程、步驟，可以由上而下進(jìn)行讀取，并規(guī)整的顯示在界面上。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:知識庫分為用于解釋機(jī)讀寫的專家操作知識數(shù)據(jù)庫和用于推理機(jī)推理的專家推理規(guī)則庫，專家操作知識數(shù)據(jù)庫存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠有 條理的對專家知識進(jìn)行存取、讀取與管理，更好地實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面的交互；專家推理規(guī)則庫存儲于能被CLIPS系統(tǒng)讀寫的clp文件，方便CLIPS推理機(jī)進(jìn)行規(guī)則的調(diào)用。
3.權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)航系統(tǒng)的使用方法，其特征在于: 第一步，專家知識構(gòu)建方法，用于錄入相關(guān)專家知識，并將其存儲在專家知識庫，并轉(zhuǎn)化為專家規(guī)則(CLIPS規(guī)則語句)，其主要功能包括工程、過程和步驟的添加、刪除、上下移動以及步驟各項(xiàng)屬性設(shè)置； 第二步，實(shí)施導(dǎo)航，將存儲的專家知識按照操作步驟川頁序顯示在界面上，用于引導(dǎo)用戶操作；同時(shí)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CLIPS規(guī)則識別的事實(shí)；調(diào)用CLIPS專家工具自帶的推理機(jī)將現(xiàn)有的事實(shí)與生成的CLIPS規(guī)則進(jìn)行匹配，得到輸出結(jié)果；對輸出結(jié)果的分析，并將其顯示在界面的相應(yīng)步驟上。
4.如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)航系統(tǒng)的使用方法，其特征在于: 所述第一步進(jìn)一步包括， A、完成對復(fù)雜開停車操作過程的歸納和全面解析，主要的步驟形式歸納如下: (a)一般步驟:不需要其它條件要求，只需要等待其基本條件達(dá)到即可觸發(fā)。例如打開某個(gè)閥門，只需相應(yīng)位號滿足條件即可； (b)含有起始條件的步驟:即操作本步驟前，需要的其它條件已經(jīng)滿足，否則給出錯(cuò)誤操作提示。這些條件包括當(dāng)前的狀態(tài)、前面某些步驟是否完成以及相應(yīng)的時(shí)間關(guān)系等。例如要控制反應(yīng)器系統(tǒng)壓力達(dá)到0.25MPa，需要控制反應(yīng)器系統(tǒng)壓力達(dá)到0.05MPa時(shí)到當(dāng)前的時(shí)間大于10分鐘； (C)速率控制的步驟:主要監(jiān)測需要滿足速率控制要求的變量，例如反應(yīng)器的升溫速率應(yīng)該控制在一定數(shù)值范圍，否則可能會出現(xiàn)危險(xiǎn)； (d)質(zhì)量控制的步驟:主要完成對穩(wěn)定量的穩(wěn)定性監(jiān)測，例如控制液位達(dá)到50%，允許一定的波動范圍； (e)人工確認(rèn)的步驟:主要針對不能夠在DCS中查詢到數(shù)據(jù)的步驟，例如需要外操人員查看火焰顏色等； B、將輸入的專家知識存儲于數(shù)據(jù)庫中，并轉(zhuǎn)換為CLIPS系統(tǒng)可識別的規(guī)則。專家知識庫為工程、過程、步驟三級管理，分別配置不同屬性來實(shí)現(xiàn)專家知識的全面存儲。CLIPS文件由三部分構(gòu)成:自定義模版結(jié)構(gòu)、自定義事實(shí)結(jié)構(gòu)、CLIPS規(guī)則。自定義模版的結(jié)構(gòu)用來表達(dá)推理機(jī)所需的事實(shí)信息，例如當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表達(dá)；自定義事實(shí)結(jié)構(gòu)包含初始狀態(tài)下的已知事實(shí)或自定義標(biāo)志；CLIPS規(guī)則為規(guī)整的步驟規(guī)則，其中條件元素包含該步驟的觸發(fā)條件，行為列表則為操作結(jié)果。
5.一種用于石油化工裝置開停機(jī)操作的導(dǎo)航裝置，其特征在于:包括服務(wù)器、無線路由和平板電腦； 服務(wù)器配置在中控機(jī)房中，其上安裝有權(quán)利要求1或2所述的用于石油化工裝置開停機(jī)操作的導(dǎo)航系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)以進(jìn)行開停車操作運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與操作導(dǎo)航計(jì)算、發(fā)送計(jì)算結(jié)果到無線路由； 在中控機(jī)房配置無線路由，作為連接中控機(jī)房的服務(wù)器與中控室平板電腦的媒介； 將平板電腦放置在中控室操作人員面前的工作臺上，該平板電腦通過與服務(wù)器建立無線連接來傳輸數(shù)據(jù)，將 操作導(dǎo)航方案用平板電腦展示給用戶。
【文檔編號】G06Q50/06GK104007972SQ201410234219
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】李傳坤, 王春利, 謝傳欣, 高新江, 孫峰, 金滿平 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院