操作票辅助开票及管理专家系统

操作票辅助开票及管理专家系统

SDCCZPES—操作票辅助开票及管理专家系统

卢志刚1，古国晨1，周卫东2，安明刚2

(1.贵州工业大学 电气工程系，贵阳 550003；2.乌江渡发电厂，遵义563000)

摘 要：阐述了操作票专家系统研制开发的意义、操作票专家系统的总体结构、特点及优点，提出了规则模板法，简要地分析了推理机、知识库、数据库、数据库管理以及人机接口等模块的工作原理和工作过程，并对进一步完善该系统提出设想。目前该系统已在电厂投入实际使用。

关键词：专家系统；操作票；规则模板法

中图分类号：TM769；TP273.2 文献标识码：A

0 前言

操作票制度是保证电力系统安全运行的一套行之有效的制度。传统的人工开票方式烦琐费时，且易受运行人员生理和心理因素的影响。为了减轻运行人员的工作强度，提高开票正确率，加快开票速度，我们在九十年代初期利用新兴的人工智能技术，针对水电厂的实际需要，开发使用了操作票专家系统(SDCCZPES 1.0版)。该系统以典型操作票为基础，归纳整理出近两百条开票规则，一条开票规则对应于一张典型操作票，每张典型操作票包含了一类操作任务可能涉及到的所有操作，运行人员只要在典型操作票的基础上，根据设备的运行状态，通过简单删除操作就可得到多种实用操作票。该系统的优点是简单、容易实现，使用灵活，利用不到两百条开票规则就可以满足全厂所有操作票开票要求。其不足之处是：需由运行人员根据设备状态来判断应删除哪些操作项，删除操作可能出现误操作，出现误删或漏删，导致错误操作票的产生。为了克服上述不足之处，我们进一步开发了(SDCCZPES 2.0版)，建立了设备状态库，将典型操作票中的操作项分为基本操作项和选择操作项，根据设备状态或通过人机对话的方式自动或半自动地确定选择操作项的取舍，减少了人为因素的影响，提高了系统的自动出票率，取得了满意的效果。

1 规则模板法

我们将操作票看作规程规定的一些标准用语和操作时有关电气设备对象的有机组合。对不同操作对象的同一类操作，我们将前者看作是静态的，后者看作是动态的。根据上述操作票的特点和对其书写格式的严格要求，本系统采用规则模板法来形成操作票的各项内容，即：

1)预先将静态部分作成具有标准格式的规则模板，存储于系统知识库中。

2)电厂的设备名称以设备单元（如#1发变组）和设备元件（如#1发变组主开关）这种简单明了的格式描述出来，在此基础上形成设备名称编号数据库。

3)推理机根据操作任务和操作对象，从设备状态库中取出设备的当前状态，与要求的目标状态比较，确定需要操作的元件，从设备名称编号数据库中抽取相应的设备元件名称填入到规则模板的相应位置，就形成了完整的操作票。

对有些二次设备的操作，推理机将发出询问，避免生成多余的操作内容，达到智能的目的。

2 系统结构和功能

SDCCZPES主要由以下几个模块构成：知识库模块，数据库模块，推理机模块，数据库管理模块，人机接口模块等，其结构图如图1：

 

图1

 

 

1)规则知识库模块

规则知识库用于存放反映某领域的规律及经验性的规律，是有关问题的过程性知识。在本系统中，知识库用于描述运行人员关于开列操作票的专业知识，它是根据有关运行规程和运行人员多年的工作经验总结出来的。知识采用规则的形式表示。知识按照操作任务进行分类，每一种类型都以知识库文件的形式保存，这种分类保存具有以下两个优点：

*同一层次的规则库中，规则与规则间的联系较少，

*便于对规则库的规则进行增加、修改和删除，而不影响其它规则。

所有相同句法的规则编程在结构上是相同的，增强了规则的可读性。

具体分类情况如右:

2)数据库模块

专家系统中，数据库存放着反映客观环境和条件的数据，也被称为是有关问题的叙述性事实知识。在本系统中数据库用于描述发电厂所有设备信息，共三类：

* 设备名称数据库：按单元存放各元件的名称编号。

* 状态数据库：存储各单元和元件的运行状态。

* 图形数据库：存放主接线图和厂用电接线图的作图数据和各元件的位置数据，元件的位置数据用于在接线图上显示各元件的运行状态。

在程序运行当中，状态数据库与图形数据库常贮内存，名称编号数据库则当需要时调入内存。

3)辅助开票模块

辅助开票模块相当于推理机。推理机的功能是根据一定的推理策略，从知识库中选择有关知识对用户提出的证据进行推理，直到得出相应的结论，它是专家系统的核心。本系统采用了正向推理的策略，具体的工作过程是：

*通过人机接口，接收操作任务，检查状态数据库，确认该操作是否合法。

*调用相应的知识库和数据库到内存，对数据库和知识库进行回溯和匹配，形成正确的操作序列，将操作序列形成操作票存入内存。

*对操作中所涉及的设备，告知数据库管理模块而修改状态数据库，调用作图模块以显示操作后的整个系统状态。

*按操作序列将所涉及的设备元件的顺序形成临时文件，以便在单步操作显示中使用。

 

图2 推理过程流程图

4)状态修改模块

根据系统所开操作票的操作内容，自动修改状态数据库中相应单元和元件的状态，以保证状态数据库中所记录的单元和元件的状态与实际状态一致。

5)状态设置模块

利用状态设置模块，可根据设备的实际运行状态，对状态数据库中的单元或元件的状态进行设置。并在主接线图中显示出来。

6)图形显示模块

图形显示模块的功能有两个：一是在主接线图上显示各元件的状态，二是能根据开票模块所开操作票的操作内容，显示操作过程：如前所述，在开列操作票的同时，已将操作所涉及的设备元件号按操作顺序存储于临时文件中。在执行此功能时，系统按此顺序在主接线图中逐个将元件的历史状态转变成当前状态，形成动画，运行人员能够通过此功能来确认操作的正确性。

7)操作管理模块

该模块建立操作票管理数据库，自动记录一年内所打印的操作票的票名、开票时间、执行时间、开票人、执行人、监护人、执行情况等。并提供相应的查询、统计、制表打印功能。

8)知识库的编辑功能

此模块提供知识库，数据库的增删、修改、显示等功能，从而使本系统的开票范围能随用户的需要随时扩充。

9)人机接口模块

人机接口模块的主要功能是完成人机的对话通讯，例如：询问、解释、打印、调用、存取等。为了方便用户，我们开发了非常友好的人机接口界面，采用全图形方式，包括使用菜单，光标和窗口。另外，随时有帮助信息以提示用户如何操作，在出现任何非法的输入或操作时，均有警告提醒。通过它来接收运行人员下达的操作任务。对所接收的命令经解释后传送给推理机。最后又将操作的结果通过电厂电气主接线图显示出来，运行人员也可以通过该接口修改专家系统推理所得的操作票。

3 系统特点

1)系统采用规则模板法设计。

2)系统各部分模块化，各模块配置灵活，结构清晰。

3)运行方式灵活，节省机器资源。系统启动时，只有推理机，人机接口模块以及要用的知识库和数据库装入内存中运行，其它模块并不工作。只有确认操作后，数据库管理系统才刷新状态数据库，并且将内存中装有知识库和数据库的临时文件全部清除，为下一次开票作准备。这样既保证了数据库能如实的反映设备的状态，又节省了宝贵的机器资源。

4)知识库，数据库采用文本方式，描述格式简单明了，便于维护，并可方便地在线修改、扩充。

5)用户界面友好、直观，仿真图形象、生动，动画效果逼真，操作方便。

6)本系统还可用于运行人员专业技能培训。

4 进一步扩展的设想

进一步增强数据库管理模块，由SCADA系统得到设备状态信息，加工成本系统能接受的形式，并存储于在线数据库中，使其成为专家系统与实际电网的接口。在操作任务结束后，对比在线与离线数据库以检验操作的正确性。

5 结论

本系统按运行人员下达的操作任务，根据电厂运行规程，结合设备元件的实际运行状态，自动生成符合电厂规范的操作票。目前本系统已在乌江渡发电厂投入试运行。由于该系统人机界面友好，动画逼真，使用方便，便于扩充，因而深受用户的好评。而且，该系统具有良好的通用性，对不同的发电厂、变电站，只须重新编排知识库和数据库的文本文件后即可投入运行，因此便于推广。本系统的建立，为专家系统在电力系统中的实用化开辟了一条新的途径，以此为突破口，为专家系统在该领域内实践与探索提供了例证。

参考文献

［1］卢志刚等.专家系统在电力系统中的应用-水电厂全厂操作管理实用专家系统

［J］.贵州工学院学报，1994，23(1):24～29.

［2］乌江渡发电厂编.乌江渡发电厂运行规程［R］.1989.

［3］陈兆乾等编译.Turbo Prolog程序设计［M］.南京:南京大学出版社,1991.

［4］杨冀宏等编译.用Prolog和Turbo Prolog语言开发专家系统［M］.北京:航空工业出版社,1990.

SDCCZPES-an expert system used in operation

scheduling and management of hydropower station

LU Zhi-gang1,GU Guo-chen1,ZHOU Wei-dong2,AN Ming-gang2

(1.Depatment of Electrical Engineering GUT,Guiyang 550003;2.Wujiangdu Hydropower Station，Zunyi 563000)

Abstract：This paper describes the meaning of developing operation scheduling expert system,its structure,specialties and merits.Here is also given a brief introduction to the ruler model method,the principle and process of interference machine,knowledge,database manager and manmachine interface.A tentative plan of perfecting the system has been put forward while it is in use at the hydropower station.

Key Word：expert system;operation scheduling;ruler model method

收稿日期：1998-12-10