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专家系统在小区集中供暖中的应用

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专家系统在小区集中供暖中的应用 专 统在小区集中供暖中的应用 家 系 统 在 小 区 集 ApplicatiOil of Expert Systern in DistriCt Centra1 ized Heatin9 中 供 暖 吴正超 张万江 由 的 Wu Zhengchao Zhang Wanjiang 应 (沈阳建筑大学信息与控制工程学院.辽宁 沈阳 110168) 用 (School of Information and Control Engineering,Shenyang Jianzhu Univ...
专家系统在小区集中供暖中的应用
专 统在小区集中供暖中的应用 家 系 统 在 小 区 集 ApplicatiOil of Expert Systern in DistriCt Centra1 ized Heatin9 中 供 暖 吴正超 张万江 由 的 Wu Zhengchao Zhang Wanjiang 应 (沈阳建筑大学信息与控制工程学院.辽宁 沈阳 110168) 用 (School of Information and Control Engineering,Shenyang Jianzhu University,Liaonin Shenyang 1 10168) - 摘 要:城市集中供热是现代化城市建设的重要措施之一,文章采用专家系统预测回水温度的对集中供热网实施整 体控制,深入探讨了专家控制系统的结构。该方法可提高供热网的供热质量,达到稳定和均衡供热。 关键词:集中供暖:专家系统 中图分类号:TPI82 文献标识码:A 文章编号:1671-4792一(2009)9一Ol45—03 Abstract:The urban centralized heating is an important measure of the modern urban construction,the mr— ticle uses expert system to predict the temperature of backwater making sure the imp1ementati0n of the over all control for the centralized heating network, studies on the expert control system structure. This method can improve the quality of heat supply network to achieve a stable and balanced heating. Keywords:Centralized Heating;Expert System 0 引言 控制系统安全可靠的运行。因此,需要对回水管道的温度以 随着城市建设的迅速发展,供暖网的不断扩大,如何对 及用户室内温度等参数进行测量控制。 集中供暖系统进行合理的调节和控制,使全网的运行状态最 供暖系统最基本和有效的调节控制,是按供暖小区的供 优、供暖质量最好、运行成本最低、用户满意度最高,提高热 暖负荷情况,参照当日的天气预报参数,根据检测当前室外 网的经济效益和社会效益已成为供暖企业急需解决的问题, 室内温度来确定当前的供暖运行指标,通过运行指标来调节 也是供暖一直在研究的重要课题。在我国,每到冬季供暖期, 温度。多数供热过量住宅的“过热开窗降温”现象,并不发生 北方地区大多采用燃煤供暖,由于每年的气温变化不同,平 在严寒期,而是在室外温度较高的阶段,在这个阶段,有些系 日气温也忽高忽低,一天内的温差变化很大。因此,采用同一 统的热媒水温度甚至高于严寒期。在此情况下,通过科学的 个采暖指标供暖,就有可能造成“天气不冷,开窗散热;天气 看天气烧火”的办法,将取得在保证供暖质量前提下的节煤 寒冷,室内不热”的现象,既浪费了资源,又降低了供暖质量。 效果。 所以,我国北方城市的供暖正在进行重大的改革,除了 2 小区集中供暖专家系统 制定符合新形式的政策和法规之外,还正在推行一些相应的 2.1专家系统概述 技术措施,做到科学供暖。实现既保证供暖质量又节约能源, 专家系统(ES,Expert System)产生于 20世纪 6O年代 一 直是人们期待解决的问题。 中期,经过短短的4o余年,获得了很大的进步和发展。特别 本文根据供暖锅炉向建筑物提供热源的特点,利用专家 是20世纪8o年代中期以后,随着知识、工程技术的日渐丰 预测系统,按供暖小区的供暧负荷情况,参照当日的天气预 富和成熟,专家系统技术也获得了迅速发展,并广泛应用于 报参数,检测当前室外室内温度来确定当前的供暖指标,实 语音识别、图像处理、信号解释等领域中,并产生了巨大的经 现采暖系统的科学有效控制与管理。 济效益和社会影响,同时也促进了人工智能基本理论和技术 1小区集中供暖控制系统的设计原则 的研究与发展。 供暖控制系统的主要设计原则是:热用户的室内温度达 专家系统是一种智能化的计算机程序系统,其内部包含 到供暧指标。所以,我们优化控制的目标是:在确保人们有一 了大量的某个领域专家水平的知识和经验,能够利用人类专 个温暖的生活、工作环境前提下,最大限度的节约能源,并使 家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说专 1 45 一 家系统是一个具有大量的专门知识和经验的程序系统,它应 用人工智能技术和计算机技术,根据某领域一个或多个专家 提供的知识和经验,进行推理和判断,模拟人类专家的决策 过程,解决那些需要人类专家处理的复杂问题,简单地说,专 家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系 统。 2.2专家系统 (Es)的构造 专家系统的基本结构如图一所示,其中箭头方向为数据 流动的方向。专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理 机、解释器、综合数据库、知识获取6个部分构成。 图一 专家系统的基本结构 (1)知识库用来存放专家提供的知识。专家系统的问题 求解过程是通过知识库中的知识来模拟专家的思维方式,因 此,知识库是专家系统质量是否优越的关键所在,即知识库 中知识的质量和数量决定着专家系统的质量水平。 (2)推理机针对当前问题的条件或已知信息,反复匹配 知识库中的规则,获得新的结论,便得到问题求解结果。 在本应用中,实际采集到的室外参数和室内温度并不一 定能在知识库中找到完全相同的数据,没有合适的回水温度 可用,这就需要应用推理机进行推理,找出一组与采集数据 最相近的情况,用已知的回水温度进行参考,通过后期的调 整,以得到与此次室外参数相一致的供暖回水温度。 (3)综合数据库专门用于存储推理过程中所需的原始数 据、中间结果和最终结论,往往是作为暂时的存储区。在本应用 中,需要比较实际测得的室内温度与室内供暧温度,相应 的调节回水温度。其中所产生的数据都存放到综合数据库。 (4)知识获取是专家系统知识库是否优越的关键,也是 专家系统设计的“瓶颈”问题,通过知识获取,可以扩充和修 改知识库中的内容,也可以实现自动学习功能。通过知识库 的数据归纳、联想、类比、分析与综合等,给出供暧回水温度, 并依据室内温度进行调节,最终得到与室外温度相对应的供 暖回水温度,取得最终的数据并存入知识库的过程,即为本 】46 应用中的知识获取程序。 (5)解释器。根据用户的提问,对系统给出的结论、求解 过程以及系统当前的求解状态提供说明,便于用户理解系统 的问题求解,增加用户对求解结果的信任程度。并能提供出 错信息,能对知识库中的错误方便地定位和修改。 (6)人机交互界面。人机界面是系统与用户进行交流时 的界面。将专家或用户的输入信息翻译为系统可接受的内部 形式,把系统向专家或用户输出的信息转换成人类易于理解 的外部形式。通过该界面,用户输入基本信息、回答系统提出 的相关问题,并输出推理结果及相关的解释等。 3 专家系统在集中供暖中的应用 3.1小区集中供暖专家预测系统图 本课题所研究的内容基于小区供热系统,根据供暖小区 的供暖负荷情况,按室外的温度变化、室外风向及风力、昨13 天气等情况来决定燃煤的使用量。这就需要专家系统通过预 测回水温度的算法,用于“智能化”的处理、解决实际问题。 本课题将小区集中供暖专家预测系统的主要框架绘出 流程图如图二所示: 温度测量系统 负责采集住户室内温度,室外温度,锅炉出 水温度,回水温度,通过测控网络实时地采 集温度数据传送给专家预测系统进行处理 , 专家预测系统根据这些参数,结合 以往供暖的经验值与测量值,在专家库中得 出一个与这些参数相对应的回水温度Tl, 工人依据给出的回水温度T对炉温进行调节 1 r 系统再将修正过程中的几个参数的数据存 入数据库,以便出现相同或相似的供暖系数 时,即可参考此次得出的数据进行某日回水 温度的控制 图二 专家预测系统调温流程图 3.2供暖数据(专家库)的完善实例 假设根据某时测得室外温度为 一10度时,为了使室温维 持在 18度左右,根据以往的经验,给出回水温度为 51度,记 则没有确切的数值表示,而是用类似 “西北风”、。晴转多云” 下某日室外预报最低温度Tt、昨日的最低温度Ty、预报风力 等模糊术语表示。本文设定风向及室外阴晴状况由表一所 wf、风向wd及阴晴状况 S,当测得的回水温度为51度时,室 示: 专 温并没有达到18度左右,则应该对下一次室外温度为-10 表一 风向与阴晴状况的数字转化表 家 系 夏时,在至外琐撤最低龃度 Tt、昨 目的最低温反 Ty、坝撤风 风向 东风 南风 西风 北风 东南风 东北风 西南风 西北风 统 在 力 wf、风向1】『d及阴晴状况S不变的情况下,回水温度进行 A B C D E F G H 小 调节,当末日某时的温度也为-10度时,适当调整回水温度 阴晴状况 晴 多云 阴 雨 雪 区 集 (上一次室内温度过高则提高回水温度;上一次室温过低则 l 2 3 4 5 中 降低回水温度),使室内温度接近理想值,如果仍有偏差再进 应用专家系统指导供暖,相对于以往的采暖方式比较先 供 暖 行回水温度的调节,直至室内温度符合供暖标准,记下本次 进,能结合不同时段的室外天气变化,给出不同的回水温度, 由 一 10度时室外预报最低温度Tt、昨日的最低温度Ty、预报风 以间接的控制室内温度,在保证室温达标的基础上,更好的 的 应 力 wf、风向Wd及阴晴状况S等参数。室外天气情况框架如 节约了能源。 用 图三所示。当室外温度为-10度时,如果Tt等参数有变化, 4结束语 再进行回水温度的测试,室温满足标准时,将此时的参数存 本文将小区集中供暖专家预测系统应用到冬季供暖实 入知识库,因此每一次测得的室外温度,专家库中都有一批 践中,供热单位可以运用气象节能技术,做好冬季气象走势 J t础 1’钥 IEI Ⅱ:‘t-/卜 愎 刀 H X 帕 17I'y l0 p 地 IJ rI 室外天气幅况框架 划 ,科学实施“看天烧火”。采暖系统计量收费是供暖改革的 范畴:室外参数 发展方向 , 但在分户计量之前,应用专家预测系统指导集中 今日室外颈报最低温度 供暖系统的节能控制 ,具有广阔的推广应用价值。实现供暖 值范围:一35℃~5.c 昨日室外最低温度 工作的定性定量控制,从而达到了既使用户感到舒适又节省 值范围:一35℃~5 能源的目的,可谓“一举两得”。 今日室外风力 0纽到7级 参考文献 今日室外风向 [1]田瑞忠 .供暖锅炉的计算机模糊控制系统设计[J]. 北风 、 东北风、西北风、东风和西风、东南风、 西南风、南风 基础自动化,2001,(1):32-35. 阴瞎状况 [2]石琳.取暖锅炉模糊控制算法研究[J】.辽宁工程技 暗、有云、阴、雨、雪 术大学学报 ,2001,(5):648-650. 图三 隋况框架图 ㈨ . 姜 酣算机腮戢用 参数与之对应。 [4]王福瑞.单片微机测控系统设计大全【M】 . 北京:北京 而在将数据存入知识库之前,还有一个最基本的问题需 航空航天大学出版社 , 1998. 要解决,即如何进行知识表示。知识表示就是知识的符号化 Is]张锡虎,王雅箴.对计量供热和改进供暖供热系统的 和形式化的过程。如何将室外参数表示出来是建造知识库的 若干意见[J].暖通空调 ,2005,(1o). 最基本问题。知识的表示方法有很多种,对于今日室外预报 [6】zHANG B s ,h-D~UNDS J M.Self.organizing fuzzy一 的最低温度Tt、昨日的最低温度Ty和预报风力 Wf,可以用 logic control1er [J].IEE Proc-control Theory andApr_ 确切的数值来进行表示,而风向Wd和阴晴状况S这些参数, p1 ,1992,139(5):46o_464. 147
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