问题判断体系的研发及在压缩机中的运用

　　专家系统ES （Expert System ）是对特定领域的特定难题用专家级水平去解决的智能计算机程序。专家系统将现代科学技术（人工智能和计算机技术）的优势同领域专家丰富的经验与思维方式的优势结合起来，和人类专家相比有许多优点。它能记录和传播珍贵的专家经验，克服人的生理局限，使少数人类专家拥有的专门知识可以不受时间的限制，并且可以集中专家们集体的智慧，对于系统中的复杂情况和各种可能进行判断和决策，对需解决的问题能给出更高明和更全面的解决办法。

　　我国在设备故障诊断领域，相继开发了一些有实用价值的专家系统。例如哈尔滨工业大学研制的汽轮发电机组故障诊断专家系统3MDES- I，天津大学研制的轴承故障诊断系统，华中理工大学研制的发动机故障诊断系统等。辽阳石油化纤公司研制的基于矩阵判别筛选法的故障诊断专家系统已在全国20几家大中企业推广应用，在设备故障诊断中取得了实效。

　　二、基于矩阵判别筛选法的机械故障诊断专家系统

　　1.专家系统的知识表示

　　目前各种知识表示方法都有自己的适用范围和优缺点，对于机械故障诊断领域还没有一种通用的知识表示形式，本专家系统中采用框架+规则表示方法。

　　用框架表示每一故障所对应的征兆，例如支承松动故障框架的表示如表1所示。用规则表示对一些特定征兆的处理，以补充框架表示的局限。例如， R3∶IF电机驱动的机组断电后振动立即减小THEN是电器故障。

　　2.专家系统推理与控制

　　机械故障往往是多因多果的，一种征兆参数可能反映多种故障，一种故障可能引起多个征兆参数。工厂机械故障诊断实践一般是据果DD故障的征兆参数（如频率、转子轨迹、相位等）去探因DD故障的原因即可能是机器零件缺陷、机器部件或系统（例如轴系）的问题、机器零部件间或与流体（汽、气、润滑油、工艺介质等）、电磁间相互关系的不协调以及外界干扰等等。本故障诊断专家系统的建立可以归纳为如下几个步骤：（1）列出所有的因和果，并分析选出“一次因”和“直接果”；（2）将因、果进行科学分类，根据故障机理的研究，将本质上不同的通过分类加以区分；（3）精选出*能代表故障的主导征兆参数，将果分类并找出其与因类的对应关系；（4）根据相应的判据从因类之诸因中筛选取可能的因。

　　在故障树分析过程中，采用矩阵规则进行判别来由果寻因。这就是一种筛选法，如果不知果即对任何征兆参数一无所知，则全部因均为可能；如了解一些征兆参数，通过矩阵规则判别可以找出其因类，并可由因类找出几种或一、二种*可能的因。了解的征兆参数越多，找出的因就越少，就有可能找出**的原因。

　　这种方法的优点是，能产生果的全部因均列入判别筛选之列，如果所测得征兆参数真实准确，矩阵规则正确无误，一般可以得出满意结果。即使在征兆知道较少情况下也能排除一些因，从而缩小可能因的范围。

　　3.旋转机构故障诊断专家系统总体结构

　　列出该旋转机构故障诊断专家系统总体框架。实际上是一种故障树结构，其诊断过程就是以人机对话形式采用人工智能矩阵判别筛选法来完成。该专家系统由6个层次构成，现概要说明如下。

　　**层：机器类型及测试方式采用选择方式输入机组名称、驱动机、联接方式、密封型式、测试传感器配置等。程序可据此采用矩阵判别法来决定一次故障原因（58种）和程序中规则的取舍，如采用电机驱动则与汽轮机有关的一次故障原因和规则均舍去；如测试中采用单涡流探头，则与轴心轨迹有关的规则均自动删除。

　　第二层：初步诊断和精确诊断在简单测试没有频谱分析的场合只能采用初步诊断，如有振动分析可以单独选用精确诊断或者是初步诊断后精确诊断二者同时进行。

　　初步诊断是按振动趋势及其随转速、负荷等变化规律来初步判别，一般难以得出一、二种可能的故障原因。但也有例外，如在电机驱动场合采用规则（切断电源后，振动立刻明显变小）则可能直接推断出振动一次原因可能是与电有关的问题。

　　第三层：由主导征兆参数确定故障原因类别在对故障机理研究的基础上，找出*能识别故障原因的主导征兆参数，并将其与某类或某几类故障原因类相对应。在本程序中将故障原因分为10类：转子自身、轴系（预负荷）、转子与定子相互作用之一电磁力、之二摩碰、之三流体动力、临界转速、共振、零部件及其它。

　　第四层：由诸故障原因类中确定一类同一主导征兆可能有几种乃至10种故障原因类，如同频振动就有可能10类故障均会产生。要由规则来判别取舍哪一类或二类为可能故障类。

　　第五层：由故障原因类确定故障一次原因所谓故障一次原因是指直接产生故障征兆的原因，本程序共编有58种故障一次原因。

　　第六层：由故障一次原因查找故障二次原因程序中由得出的故障一次原因可以查得引起这些一次原因的故障二次原因，诸如设计制造、安装维修、运行操作、机器劣化等问题及防治对策。

　　该程序具有故障报告打印功能，将机器及测试有关情况，诊断出的故障原因以报告输出，同时可以查阅对规则回答的历程，便于用户查找分析，也为在实际应用中不断改进完善专家系统提供了原始依据。

　　4.本系统的特点

　　本专家系统与当前国际上商品化及国内一些院校研制的专家系统有许多不同之处，是一种新的探索。

　　（1）专家系统中的知识规则是辽化十几年应用诊断技术集体智慧的结晶。在总结辽化处理大量的机械故障临床诊断经验的基础上，研究了故障机理，对故障原因及主导征兆进行了科学分类，吸取了美国故障诊断专家Sohre的表格的精华，纠正了其不足之处，编制出自己的故障诊断表格用来编制知识规则。

　　（2）本系统采用矩阵判别筛选法，通过计算机程序实际上对10类58种故障均在“考虑”之列，据矩阵规则中的征兆特征判别其取舍，如果对征兆特征了解的较多，并且回答正确，可以得出一种或二、三种故障可能原因。即使了解的征兆很少，也可为用户提供多种可能故障原因供分析参考。并且可以在故障诊断实践中，据发现的问题或诊断不当十分简便地修改程序，以利逐步完善。

　　（3）本系统的不足之处是在容错能力上有些不足，如测试结果不准确等原因，有可能导致诊断结果的偏差。这有待于今后的改进和完善。

　　三、应用专家系统对DH型离心压缩机旋转失速故障诊断

　　辽化公司动力厂空分车间的6号空压机组是DH型离心压缩机组，担负各装置的供风任务。为了确保该机组的平稳运行，给该机上了一套DM S型的监控系统，监测压缩机4个轴承处的8个轴振动、机组转速等。系统配有基于矩阵判别筛选法的故障诊断专家系统。该机组于1997年6月，**级和第二级振动超标，振值为125Λm.

　　1.测试分析该机组的一、二级轴转速为15 619r m in，三、四级轴转速为18 873r m in.频谱分析结果表明，一、二级振动频谱中除有工频成分外，还有7 350r m in和8 270r m in （15619D7350）频率成分；三、四级振动频谱中除有工频成分外，还有11 700 r m in和7 170 r m in（18873D11700）频率成分。当时的出口压力是0. 75 M Pa，进口导叶开度是30°。查看机组的压力、流量数据，与以往的操作数据比较，发现在相同的总排出压力下，机组的流量偏小，说明压缩机的做功能力明显下降，另外驱动电机的电流为150A ，小于额定值179A.

　　对机组进行调节试验时发现，振动受排出压力影响，出口放空和出口压力提高后两种工况下振值差别明显，而且在出口放空的情况下，就有低频成分出现，只是频率是7 575r m in，比7 350r m in稍高一点，随着压力逐渐升高，低频成分逐渐向低频端移动，*终接近7 350r m in，振动幅值逐渐升高。

　　提取该机组的振动故障特征所示。将其用专家系统诊断，诊断结论为该机组存在旋转失速。旋转失速是引起该机组振动大的主要原因。专家系统给出防治方法如下。

　　（1）增大负荷，开大机器回流阀。

　　（2）调整机器转速。

　　（3）清除叶轮流道或气流流道堵塞和滤清器堵塞。

　　2.旋转失速的故障解决措施

　　根据专家系统给出的防治方法，建议当时停车检查进口过滤器、压缩机进口导叶、叶轮及隔板通流部分，看是否有堵塞、结垢情况。

　　打开进口过滤室，发现进口过滤器被油灰堵塞严重，而且有两根过滤网棒脱落，空气不经过滤就直接进入压缩机；进一步检查进口导叶、一级和二级叶轮、流道，发现结垢严重，其中一级叶轮的弯角处堆积的灰垢厚达3mm.清洗进口过滤器，转子、隔板等通流部分除垢，重新调整各轴承间隙、各部分对中，再开车之后，*大振动值在30Λm以下，频谱中只有工频及微小的谐频，机组流量恢复正常，说明了专家系统诊断和决策是准确的。

　　四、小结

　　旋转失速是较难诊断的压缩机故障，常易与滑动轴承等故障相混淆。应用故障诊断专家系统，能够很容易地帮助监测人员正确诊断故障，以及给出解决的措施。