燃气仪表设计的系统需求分析和功能开发建议

段 钢

（天津新科成套仪表有限公司，天津300385）

1 燃气仪表设计的系统需求分析

燃气仪表设计的系统需求分为系统功能需求和系统性能需求2个部分，这些需求将综合体现为系统的具体功能。

1.1 系统功能需求

燃气仪表系统功能需求，是在相应规则条件的基础上，借助启发推理和算法推理的技术方式，通过求解得出数据驱动、目标驱动、冲突仲裁等系统控制结论。具体如下：（1）规则创新。燃气仪表系统的创新设计包括计算、存储、通信等在内的设计目标，需为用户提供选择性的软硬件、元器件和其他配置等，以及为了让客户多元化地评估系统性能和功耗等，在评价规则的范围内提供多项设计方案作为参考，以控制设计失误的情况出现。（2）知识库扩充。燃气仪表系统开发技术日新月异，包括元器件、软硬件等在内的技术层出不穷，为此系统的知识库系统要具备支持知识扩充的功能，即在赋予知识库增加、修改和删除知识等功能的基础上，兼容系统中新添加的知识和实现知识库新旧版本之间转换的无缝化。（3）系统自学习。系统使用过程中所形成的反馈信息，是燃气仪表系统知识库更新的依据，而为了提高自动更新效果，系统将通过分类管理支持系统的自学习功能，以便更加人性化地引导燃气仪表系统设计，加速提高系统设计能力。

1.2 系统性能需求

至于燃气仪表系统性能设计，体现在可拓展性、并行处理、实时响应几个方面：（1）可拓展。燃气仪表系统所设置的中心服务器，设计了结构网络，以便在系统性能更新后，能够以较强的可拓展性表现，缩短系统维护时间，并支持多个用户同时在线操作。（2）并行处理。燃气仪表系统所对应的数据库，其性能的安全等级在自学习时可能会出现冲突检测以及缓冲处理异常，因此系统在维护数据库时，应该保证并行处理系统性能的正常，提高系统的安全性等级。（3）实时响应。燃气仪表系统的实时响应离不开系统推理过程中前序参数的合理设置，而为了提高系统操作的效率，在推理运算时，应该尽量缩短响应时间。

2 燃气仪表功能开发建议

基于燃气仪表系统的功能需求和性能需求，在开发燃气仪表系统功能时，应该对系统的模块进行合理划分，并全方位设计知识库，在此基础上进行推理流程优化，以进一步提高燃气仪表的功能水平。

2.1 模块划分

由于系统推理既可基于模型，亦可基于规则，因此燃气仪表的逻辑形成，可借助模型库予以确定，或者借助遍历仪表模型，形成对用户输入合理性的正确判断。为了保证系统逻辑形成的正常性，系统应该进行模块组成的划分，由用户自主选择适用的模块，满足“输入、处理、输出”的用户要求。在此，笔者建议采用正向推理的方法，通过用户接口，在工作区利用推理机推断物理模块构成，进而更新数据库的内容。其中所要开发的模块包括用户接口模块、工作区模块、知识库模块、推理机模块，分别用于交互用户、临时数据存储、表示逻辑组成详细知识、获得推理状态并提交推理结果。

2.2 知识库设计

关于知识库的设计，目的是获取、表达、处理燃气仪表系统的知识，在整个系统的功能设计当中处于核心地位，分为模块库和元器件设计、仪表模型库和规则库设计、系统硬件资源匹配推理机制设计3个部分。具体如下：（1）数据库和元器件设计。不同型号的燃气仪表模块在接口线定义、功耗、价格、供电电源、从属特性、输入通道数、输出位数、输出方式等方面均有较大的差异性，比如TYPE1型号的模块，其接口线定义为端口数量4，功耗为5 W，采用双电压±5 V供电电源，各种流量计的从属特性均能体现，输入通道数和输出通道数分别为2条和4条，其中输出方式为4～20 mA。至于元器件的更换，同样需要根据具体型号，确定该型号燃气仪表元器件在引脚数、封装形式、尺寸、供电电压、功耗、安装方式、使用温度范围、价格、外设资源等方面的具体情况。（2）仪表模型库和规则库设计。仪表模型库需要体现的属性包括仪表类型、模型编号和模块序号，这些属性将模型库的功能严格区分，同时也是模块组织类型确定的依据。而规则库设计要求同步满足信号输入输出、数据位数输入输出、电压输入输出、电流输入输出等功能条件，进而分类设计规则库。（3）系统硬件资源匹配推理机制。在技术层面上，模块连接接口属性定义和归纳、处理器硬件的资源统计、引线连接和输出特性的确定、分析处理器代替资源的实现等，均涉及系统硬件资源匹配推理机制的形成，而为了满足模块接口分类和属性定义的需求，在建立专家系统时，应该分别按照模拟接口、通用I／O端口、数据总线、地址总线、控制总线、串行外设接口总线、双线串行总线、USB接口、以太网络接口、外部终端接口、定时器、计数器、时钟输出接口、复位控制线、同步串行接口等不同类型的接口，明确各自的接口标号、引线数量、引线标号、连接特性、传输特性等，同时做出必要的备注说明。除此之外，系统硬件资源匹配推理机制的设计，还应该根据连接特性和传输特性做出必要的定义说明，譬如是否允许并接或者只允许对接、模拟信号的正向输出和反向输入通道模式等。

2.3 推理流程优化

燃气仪表功能开发的适用与否，还应该根据模块的需求描述结果，挑选匹配的备选子集，从模块的个性化描述当中完成系统的整个推理。系统的推理流程优化分为3个步骤：（1）结果分析。在应用需求输入之后，专家系统启动推理机制，通过对备选方案的分析，确定具体方案是否满足设计的要求，对于不可行的方案，则要找出具体哪些指标不达标，以便对系统的局部模块进行重新设计或者调整。（2）模块增加。为了进一步强化燃气仪表系统的功能，可适当引入性能指标更高的芯片技术，必要时重新设计系统现有的模块。其中重新设计的模块，要求利用专家系统全方位调试，确定增加模块与系统整体性的兼容表现，如有排斥，则需要进行调整。（3）解释机制。解释机制是推理流程优化的重要辅助补充形式，一方面是从不同视角满足系统调试知识库、测试专家系统、引导用户使用等解释性功能需求，另一方面是针对用户所提出的问题，通过结论性分析和推理求解，提供合理的辅助说明。除此之外，专家系统的解释机制，还应该同时建立合理的推理路径，同时建立起动态解释和静态解释内容之间的关联性，以及记录好各种推理的解释信息。

3 结语

综上所述，燃气仪表设计的系统需求，包括规则创新、知识库扩充、系统自学习、可拓展性、并行处理、实时响应等方面的内容，为满足这些系统功能和性能需求，在开发燃气仪表系统功能时，应该对系统的模块进行合理划分，并全方位设计知识库，在此基础上进行推理流程优化，借助启发推理和算法推理的技术方式，通过求解得出数据驱动、目标驱动、冲突仲裁等系统控制结论，以此提高系统操作的效率、安全性等级以及系统设计能力等。

［1］安小宇，王艳军，过金超.基于PLC的燃气计量仪表校准系统设计与开发［J］.郑州轻工业学院学报：自然科学版，2010（4）：96～99

［2］吴巍.基于DSP的仪器仪表开发系统研制［J］.物联网技术，2011（3）：74～76

［3］关峻峰.在仪表控制系统中使用Intouch组态软件工具包开发IOSer ver［J］.数字技术与应用，2011（8）：151～152