Langchain-Chatchat在SCADA系统中的辅助查询-开发者社区

Langchain-Chatchat在SCADA系统中的辅助查询

在电力调度中心的深夜值班室里，一位年轻运维员面对突如其来的“前置机通信中断”告警，眉头紧锁。他手边堆着厚厚的操作手册、历史工单和配置文档，却不知从何查起。这种场景，在复杂的SCADA系统中并不罕见——知识散落在PDF、Word、Excel甚至纸质文件中，依赖个人经验传递，响应效率低且易出错。

而今天，如果他在系统中输入一句：“主站与某变电站前置机断连，可能原因及处理步骤？”，一个本地部署的智能问答助手便能立即返回结构化建议：检查规约配置一致性、确认防火墙策略、查看心跳包日志位置，并附上《通信故障处置指南》第4.2节的原文摘要。这不再是科幻情节，而是基于Langchain-Chatchat构建的现实可能。

从工业知识沉睡到主动服务：一场运维范式的转变

现代SCADA系统覆盖成千上万个测点，涉及通信、数据库、人机界面、安全防护等多个子系统。随着运行年限增长，积累的技术文档动辄数万页，新员工培训周期长达数月，故障排查高度依赖少数资深专家。一旦关键人员离岗，企业面临严重的知识断层风险。

与此同时，大语言模型（LLM）展现出强大的自然语言理解与生成能力。但直接使用公有云API存在数据泄露隐患——电网拓扑、设备参数、操作流程等均属敏感信息，绝不能离开内网边界。这就催生了一个迫切需求：能否构建一个既懂专业术语、又能本地运行的“数字老师傅”？

答案正是像Langchain-Chatchat这样的开源本地知识库问答系统。它不追求通用对话能力，而是专注于将企业私有文档转化为可检索、可推理的知识资产，在保障安全的前提下实现知识的“活化”。

该系统原名Chinese-LangChain，后更名为Langchain-Chatchat，其核心优势在于对中文语境的深度适配：无论是电力行业的“四遥”功能描述，还是轨道交通中的“ATS子系统”术语，都能被准确解析与回应。更重要的是，整个流程无需联网，所有计算均在内网服务器完成，真正做到了“数据不出门、知识不外泄”。

技术实现逻辑：RAG如何让AI“言之有据”

传统大模型容易“一本正经地胡说八道”，尤其在工业领域，任何错误指令都可能导致严重后果。Langchain-Chatchat 的关键技术突破在于采用了检索增强生成（Retrieval-Augmented Generation, RAG）架构，使回答始终锚定于真实文档。

整个过程可以拆解为四个环节：

文档摄入与清洗
支持PDF、DOCX、TXT、Markdown等多种格式。例如，一份扫描版的《SCADA维护手册》需先通过OCR识别文本，再去除页眉页脚、编号列表等非内容元素。分段时采用递归字符切分器（RecursiveCharacterTextSplitter），确保每个文本块控制在300~600字符之间，既能保留上下文完整性，又避免超出模型上下文限制。
语义向量化与存储
使用专为中文优化的嵌入模型（如 BGE-small-zh 或 m3e-base），将文本片段转换为768维向量。这些向量被存入轻量级向量数据库 FAISS 或 Chroma 中。值得注意的是，单纯依赖余弦相似度检索有时会召回语义模糊的结果。实践中我们发现，加入元数据过滤（如按“设备类型=RTU”或“故障类别=通信异常”）可显著提升精度。
问题匹配与上下文注入
当用户提问时，系统同样将其编码为向量，并在向量空间中搜索最相近的K个文档片段（通常K=3）。这些片段作为“上下文证据”与原始问题拼接后送入大模型。例如：

问题：如何重启SCADA前置机？上下文：根据《系统运维规程V3.2》第5章第7条，重启前置机前应先退出主备切换程序，执行命令 systemctl stop scada-fe，等待30秒后再启动服务。

本地模型生成可信回答
推理任务由本地部署的大模型完成，如 ChatGLM3-6B、Qwen-7B 或 Baichuan2-13B。推荐使用 GGUF 量化格式配合 llama.cpp 在 CPU 上运行，虽响应稍慢（约2~5秒），但可在无独立显卡环境下部署；若配备 RTX 3090/4090 级别GPU，则可用 text-generation-webui 实现近实时交互。

最终输出不仅包含自然语言回答，还会标注来源文档及具体段落，极大增强了结果的可追溯性与可信度。

from langchain.document_loaders import PyPDFLoader from langchain.text_splitter import RecursiveCharacterTextSplitter from langchain.embeddings import HuggingFaceEmbeddings from langchain.vectorstores import FAISS from langchain.chains import RetrievalQA from langchain.llms import HuggingFaceHub # 加载并解析PDF文档 loader = PyPDFLoader("scada_operation_manual.pdf") pages = loader.load() # 文本分块 splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(chunk_size=500, chunk_overlap=50) docs = splitter.split_documents(pages) # 初始化中文嵌入模型 embeddings = HuggingFaceEmbeddings(model_name="bge-small-zh") # 创建本地向量库 db = FAISS.from_documents(docs, embeddings) # 构建检索器 retriever = db.as_retriever(search_kwargs={"k": 3}) # 配置本地大模型（实际部署应替换为本地API封装） llm = HuggingFaceHub( repo_id="THUDM/chatglm3-6b", model_kwargs={"temperature": 0.7, "max_length": 512}, huggingfacehub_api_token="your_token" ) # 组装问答链 qa_chain = RetrievalQA.from_chain_type( llm=llm, chain_type="stuff", retriever=retriever, return_source_documents=True ) # 执行查询 query = "SCADA系统中如何重启前置机？" result = qa_chain({"query": query}) print("回答:", result["result"]) print("来源文档:", result["source_documents"][0].page_content)

⚠️重要提醒：上述代码中HuggingFaceHub仅为演示用途。真实生产环境必须用本地模型接口替代，例如通过 FastAPI 封装text-generation-webui的/v1/completions接口，或直接调用llama.cpp的 Python bindings，杜绝任何外部通信。

落地实践：如何在SCADA环境中集成智能问答

系统架构设计

Langchain-Chatchat 并非要取代现有SCADA主站系统，而是作为松耦合的知识辅助模块部署于内网边缘节点。典型架构如下：

+------------------+ +----------------------------+ | SCADA Operator |<----->| Web Interface / API Gateway| | (运维人员) | +-------------+--------------+ +------------------+ | ↓ +-------------------------------+ | Langchain-Chatchat Backend | | | | - Document Parser | | - Text Splitter | | - Embedding Model (BGE) | | - Vector DB (FAISS/Chroma) | | - Local LLM (e.g., ChatGLM3) | +-------------------------------+ ↑ +-------------------------------+ | Knowledge Source Pool | | | | - 操作手册 (PDF) | | - 故障案例库 (TXT/DOCX) | | - 配置清单 (CSV/XLSX) | | - 历史日志摘要 (MD) | +-------------------------------+

前端可通过浏览器访问独立Web页面，也可嵌入SCADA客户端的侧边栏面板。后端服务建议以Docker容器形式部署，便于版本管理和资源隔离。整个系统置于防火墙保护之下，仅开放必要端口供内部访问。

实际应用场景示例

场景一：快速定位故障原因

提问：“某风电场RTU遥信频繁抖动，可能原因有哪些？”

系统返回：
- 光缆接头松动或受潮（出自《光纤通信维护规范》）
- 屏蔽接地不良导致电磁干扰（出自《现场抗干扰设计指南》）
- 遥信电源纹波过大（出自历史工单 #20230815-F002）
- 规约中防抖时间设置过短（出自《IEC104配置模板V2.1》）

并附带逐项排查建议顺序，帮助新手快速建立诊断思路。

场景二：标准操作指导

提问：“主备通道切换失败怎么办？”

系统精准提取《冗余切换操作规程》中的应急流程：
1. 检查备用通道物理连接状态；
2. 查看前置机日志/var/log/scada-fe.log是否报“心跳超时”；
3. 手动触发切换命令switchover --force standby；
4. 若仍失败，联系主站技术支持。

避免因记忆偏差导致误操作。

工程落地的关键考量

算力资源配置
本地大模型是性能瓶颈。对于6B级别模型，推荐至少16GB GPU显存（如RTX 3090）；若只能使用CPU，建议选择Q4_K_M量化版本的GGUF模型，配合8核以上处理器，平均响应时间可控制在5秒内。也可考虑将embedding和vector db运行在普通服务器，仅将LLM部署于高性能节点。
文档质量决定上限
“垃圾进，垃圾出”在此同样适用。建议建立文档入库审核机制：
- 扫描件必须经过高质量OCR处理；
- 表格类内容尽量转为结构化文本；
- 同一主题文档避免重复上传；
- 定期清理过期版本。
提升检索准确率的技巧
-调整chunk大小：太小丢失上下文，太大引入噪声。电力规程类文本建议设为400~600字符。
-启用重排序（Rerank）：在初步检索后，用更精细的小模型（如 bge-reranker-base）对候选文档二次打分，进一步提升Top1命中率。
-添加元数据标签：为文档打上“设备类型”、“所属系统”、“发布日期”等标签，支持条件过滤。
安全与合规机制
- 所有查询记录自动存入审计日志，包含提问内容、回答结果、IP地址、操作账号和时间戳；
- 支持权限分级，例如只读用户不可修改知识库；
- 禁用模型联网功能，防止反向数据泄露。
持续更新闭环
新发布的补丁说明、变更通知单应及时导入系统。可设置自动化脚本监听指定文件夹，一旦检测到新文档即触发索引更新流程，确保知识库始终与最新规范同步。