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工业控制防危系统专家规则的管理

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资料介绍

工控系统的防危过程需要一系列的合法动作来实现.选择使用有限状态机展示其防危过程,使用专家规则库管理蕴藏在有限状态机中的规则.对专家规则的管理涉及规则的编辑、优化、验证、保存等,编辑专家规则基于专家系统实现;专家规则的优化基于卡诺图实现;采用XML形式对专家规则进行保存.专家规则实例表明,采用这些技术管理专家规则准确而高效.

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工业控制防危系统专家规则的管理

李林峰1，房志奇1，康卫1，朱廷劭2，徐新国1

(1．中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，北京100083；

2．中国科学院心理研究所，北京100101)

摘要：工控系统的防危过程需要一系列的合法动作来实现。选择使用有限状态机展示其防危过

程，使用专家规则库管理蕴藏在有限状态机中的规则。对专家规则的管理涉及规则的编辑、优化、验

证、保存等，编辑专家规则基于专家系统实现；专家规则的优化基于卡诺图实现；采用XML形式对专

家规则进行保存。专家规则实例表明，采用这些技术管理专家规则准确而高效。

关键词：防危系统；有限状态机；专家规则；规则管理

中图分类号：X931

文献标识码：A

DOI：10．16157／j．issn．0258-7998．2015．07．031

中文引用格式：李林峰，房志奇，康卫，等．工业控制防危系统专家规则的管理【J】．电子技术应用，2015，41(7)：

111—113．117．

for

rules in the industrial con—

a1．The administration

the

expert

英文引用格式：Li

Wei，et

Linfeng，Fang Zhiqi，Kang

trol anti—crisis

Electronic

Technique，2015，41(7)：111—113，117．

system[J]．Application

the industrial

control anti· —· crisis

system

The administration for the

rules

expert

Weil，Zhu

Xingu01

Tingsha02，Xu

Linfen91，Fang Zhiqil，Kang

100083，China；

(1．NCSE，Beijing

2．Institute of

100101，China)

Psychology，CAS，Beijing

the

control

needs

series of

actions to achieve the anti—crisis

industrial

the rules hidden in the

manage

Abstract：It

process

system．We propose

legal

finite

the rules．

USe

rules base to

state

show the anti—crisis

machine．The

witll the finite state machine and

the

expert

process

validation and the

of the

rules involves

preservation

management

expert

editing，the optimization，the

of the

on the rules

expert system．The optimization

The

of the rules

depends

Kamaugh map．The preservation

use these tech-

editing

rules

depends

the

show that it is accurate and efficient to

on Extensible

depends

Markup Language(XML)．The examples

the

manage

rules．

niques

the rules

state

words：anti—crisis

Rule；management

Key

system；finite

machine；export

所示[31。

0引言

通常，工业控制系统从正常状态演变为危险状态甚

至是事故状态，或从危险状态恢复到正常状态，需要经

过多个阶段。

使用有限状态机来引导工控系统在遇到非正常状

态(事故状态除外)时，经过一系列的合法转移动作将系

统恢复到正常状态¨ 1。使用当前状态、转移动作、下一状

态3个要素来描述工控防危系统。为直观地显示有限状

态机，引人流程图描述工控防危系统的状态机[21，如图1

· 基金项目：安全可控工业控制系统开发及在电力行业的应用示范(工信

部财【2012】4凹号)

图1防危系统有限状态机

《电子技术应用》2015年第41卷第7期

万方数据

2．2规则编辑模块

1相关知识介绍

1．1专家系统

’根据图1所示的有限状态机示意图，可将专家规则

分为一般规则和转移规则两类。有限状态机中圆圈所代

表的每一个状态，其形成需要一定的前提条件，即：由这

专家系统的核心由知识库和推理机构成。知识库由

专家规则和事实库组成f41，如图2所示。专家规则由变

量描述表和规则表共同形成，变量描述表中变量的实际

取值构成了事实库。事实库是一个动态库，当专家规则

编辑完成后，会形成规则库，事实库会实时、动态地与规

则库进行匹配，从而实现其防危功能。本文将重点叙述

知识库中变量描述表和规则表的管理。

些前提条件产生了该状态，这一过程形成的规则为一般

规则。有限状态机中的当前状态、转移动作、下一状态这

三个元素构成的规则为转移规则。

一般规则的编辑分为条件表达式的编辑和结论的

编辑。条件表达式由各条件因子、关系操作符、括号组合

形成。条件因子可由弼种方式获取：对象编辑模块提供

的对象与其状态的组合；某条已经存在的规则结论。关

系操作符包括与(＆＆)和或(II)。结论部分为单一的结论

因子，如果专家规则包含一个以上的结论因子。则把这

样的规则拆成多个单结论因子的规则。采用产生式规则

的形式来描述一般规则【4】。产生式规则的表示方式为：

取值

A(条件表达式)-+B(规则结论)，用conditioru表示条件因

子，conclusion表示规则结论。以下为一条产生式规则的

示例：

conditionJ&&(condition21 Icondition3)

&&condition4--+conclusion

图2专家系统架构

转移规则的编辑分为对现态、转移动作和次态的编

辑。其中现态和次态从已存在的一般规则的规则结论中

选取。在编辑转移动作之前，需要指定其现态的合法动

作，这些合法动作来自对象编辑模块中的输出开关量或

输出模拟量，如果是输出模拟量还需指明其合法区间。

合法动作与动作状态的组合构成了转移动作。输出开关

量的动作状态为开启或关闭；输出模拟量的动作状态应

该落在该动作的合法区间内。

1．2

XML简介

专家规则库在磁盘中的存储方式为XML文本文

档。XML即可扩展标记语言，它提供了一种统一的方法

来表示、交换和传递独立于应用程序的数据，并直观、自

然地展示了数据和对象之间的嵌套关系。

XML文本文档的保存及读取数据通过DOM(Docu．

ment

Model)编程接口实现f即。

Object

2专家规则库管理模块设计

以上是规则编辑模块的基本功能。

对专家规则的管理基于变量描述表和规则表实现，

其管理工具分为对象编辑和规则编辑两大模块a

2．1对象编辑模块

3专家规则处理

专家规则库是一个整体，专家规则之间存在着紧密

的关系，一条专家规则有可能和规则库中的其他规则产

生从属、冲突、等价、无效等问题。

工业现场的对象可分为6类：输入开关量、输入模拟

量、逻辑开关量、逻辑模拟量、输出开关量、输出模拟量。

(1)输入量与逻辑量。输入量的值可以直接通过测量

获得，逻辑量的值不能直接进行测量，但可以通过输入

量间接获得。编辑逻辑量时须指明它和输入量之间的逻

辑关系。

从属是指两条规则的结论部分一致，而条件部分存

在包含关系。冲突是指两条规则的条件部分一致，结论

部分的对象相同，但对象的状态不同。针对专家规则中

可能出现的从属和冲突等问题，根据问题出现的原因，

可以比较容易地识别，本文不再叙述处理这些问题的

方法。

(2)开关量与模拟量。开关量的状态有开启和关闭两

种。模拟量的状态离散化为以下7种：低危险、低临界、

本文将介绍专家规则等价和无效问题的处理方法。

等价是指两条规则的条件表达式部分和结论部分均一

致；无效是指规贝lj的条件表达式部分化筒之后为0或l。

因此对专家规则条件表达式部分的化简与优化成为解

决问题的关键。本文提出采用基于“最小项表达式”和

“卡诺图化简算法”对专家规则的条件表达式部分进行

统一优化。

低警告、正常、高警告、高临界、高危险。编辑模拟量时

须指定每种状态的上下限。

(3)输出开关量和输出模拟量指执行的动作。输出开

关量有开启和关闭两种动作。输出模拟量对应一个具体

数值，若该值为正，表示该动作将对象值调高，若该值为

负，表示该动作将对象值调低。

对象编辑模块是根据上述6种对象的定义设计的。

对象的编辑将为专家规则的编辑提供必要的元素。

最小项的概念是：n个变量的最小项是n个因子的

乘积，每个因子是某个变量的原变量或反变量，每个变

112

欢迎网上投稿WWW．ChinaAET．corn

《电子技术应用》2015年第41卷第7期

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