污水處理設(shè)備的故障診斷與遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)

鄭鵬波

上汽通用東岳汽車有限公司 山東煙臺(tái) 264006

1 污水處理現(xiàn)狀問(wèn)題

目前，我國(guó)處理站最為先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是用工業(yè)以太網(wǎng)配合FCS作為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，在世界上也是名列前茅的先進(jìn)技術(shù)。該處理系統(tǒng)以PLC控制站為核心，特點(diǎn)為性能高，準(zhǔn)確性高，是較為可靠的控制系統(tǒng)。

我國(guó)的污水處理行業(yè)現(xiàn)狀為資金較為短缺，設(shè)備比較落后，導(dǎo)致污水處理效率較低，處理能力較為低下，使得污水處理結(jié)果也較差。從自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)看，當(dāng)前我國(guó)普遍采用三級(jí)污水處理站管理和分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式。但是從實(shí)際情況來(lái)看，主從式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線由于系統(tǒng)的可靠性受主控制器的制約，并不適用于全分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制。

儀器設(shè)備的維護(hù)難度較大。例如PH計(jì)、污泥濃度計(jì)、泥位計(jì)等長(zhǎng)期浸沒在污水中，造成儀器檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確性。而檢測(cè)器件定期都需要專業(yè)的維護(hù)，例如儀表清洗，設(shè)備損耗維修等，但這種情況會(huì)造成儀表的清洗難度加大，維護(hù)費(fèi)用增高。并且，大部分污水處理站的儀器都是從國(guó)外進(jìn)口的，價(jià)格比較昂貴，這使得污水處理站的資金投入更高，工作難度更大。

2 遠(yuǎn)程維護(hù)與故障診斷系統(tǒng)特點(diǎn)

考慮在任何基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序中，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間延遲都是最大的障礙之一，特別是在涉及實(shí)時(shí)批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下。遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)需要從實(shí)時(shí)控制過(guò)程中收集數(shù)據(jù)，正確實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)對(duì)于確保任何遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)非常重要。如果所有的計(jì)算都在偏遠(yuǎn)的地方進(jìn)行，可能會(huì)產(chǎn)生巨大的網(wǎng)絡(luò)流量，并造成不可接受的時(shí)間延遲。因此可根據(jù)數(shù)據(jù)的大小將數(shù)據(jù)分為重?cái)?shù)據(jù)和輕數(shù)據(jù)，重?cái)?shù)據(jù)在本地站點(diǎn)進(jìn)行處理，只將提取出的重?cái)?shù)據(jù)特征（如所識(shí)別模型的參數(shù)）傳輸?shù)奖镜卣军c(diǎn)，并在本地站點(diǎn)設(shè)計(jì)了一個(gè)后端系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行所有繁重的計(jì)算，在遠(yuǎn)程端設(shè)計(jì)了一個(gè)前端系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)控制系統(tǒng)。這樣不僅可以解決網(wǎng)絡(luò)延遲所帶來(lái)的時(shí)間差，還可以及時(shí)排除故障，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。遠(yuǎn)程維護(hù)與故障診斷系統(tǒng)主要特點(diǎn)如圖1所示。污水處理站設(shè)備正常運(yùn)行是污水處理的核心要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的預(yù)知，可降低生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題隱患，減少停機(jī)時(shí)間，增加生產(chǎn)效率。遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)使得企業(yè)方便查詢?cè)O(shè)備使用情況，實(shí)時(shí)跟蹤設(shè)備使用狀態(tài)和質(zhì)量問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，不斷提高設(shè)備質(zhì)量。并且該系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)功能，通過(guò)不斷地豐富知識(shí)庫(kù)從而達(dá)到系統(tǒng)的自我完善和進(jìn)步。

3 遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)故障診斷實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)遠(yuǎn)程維護(hù)和故障診斷體系結(jié)構(gòu)可知，設(shè)備采集系統(tǒng)包含PLC設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、采集終端以及各類不同傳感器等信息采集設(shè)備，計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備記錄了現(xiàn)場(chǎng)排查過(guò)程中的數(shù)據(jù)；而采集終端則將設(shè)備的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。該類信息采集設(shè)備數(shù)量多且設(shè)備之間存在復(fù)雜的交互關(guān)系，因此需要對(duì)設(shè)備采集系統(tǒng)故障進(jìn)行合理有效的診斷。污水處理設(shè)備采集系統(tǒng)的故障診斷能夠快速、準(zhǔn)確地查找采集系統(tǒng)故障發(fā)生的原因，具體的包括采集系統(tǒng)IO模板和通道組件的在線故障診斷。設(shè)備采集系統(tǒng)的故障診斷硬件配置主要是完成推理和控制策略，其中推理策略主要是分析信息采集過(guò)程中所呈現(xiàn)的故障現(xiàn)象和相關(guān)聯(lián)組件之間的復(fù)雜邏輯關(guān)系，一般方法有演繹推理以及歸納推理。而控制策略則是整個(gè)故障診斷過(guò)程中所具有的控制策略，一般方法有正向推理和反向推理。設(shè)備采集系統(tǒng)的故障診斷硬件框圖如圖2所示。該故障診斷系統(tǒng)在對(duì)多源信息數(shù)據(jù)分析處理上，采用專家系統(tǒng)進(jìn)行診斷推理，使得系統(tǒng)在故障診斷上更加準(zhǔn)確。

4 遠(yuǎn)程維護(hù)與故障診斷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 遠(yuǎn)程維護(hù)與故障診斷系統(tǒng)串口通信研究

實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題是解決設(shè)備間的通信，整體上看，污水處理站設(shè)備狀況不一，通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)往往也就不一致，因此就需要結(jié)合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況，制定的通訊協(xié)議能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備控制和維護(hù)等功能，并確保在此基礎(chǔ)上增加功能擴(kuò)展模塊，以便設(shè)備進(jìn)行功能擴(kuò)展。通信協(xié)議中需要了解控制設(shè)備、監(jiān)視參數(shù)、設(shè)置參數(shù)等相關(guān)內(nèi)容，以便構(gòu)建出一個(gè)規(guī)范的能夠滿足設(shè)備實(shí)際狀況下的通訊協(xié)議。

4.2 服務(wù)器及云平臺(tái)的建立

建立服務(wù)器采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)云平臺(tái)使用B/S架構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器的通信連接模式。云平臺(tái)的建立對(duì)污水處理站的管理監(jiān)控、運(yùn)維等方面是必不可少的一步，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水處理站內(nèi)的設(shè)備查詢、故障診斷、故障報(bào)警等統(tǒng)一管理；實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)值，提供鮮明數(shù)據(jù)曲線圖。提高企業(yè)生產(chǎn)效率，節(jié)省企業(yè)成本，使效益得到最大化。

4.3 遠(yuǎn)程控制

對(duì)于污水處理站設(shè)備狀態(tài)，水廠水池液位、壓力、電流及電壓都將設(shè)置一定的閾值，超過(guò)限值，都將自動(dòng)報(bào)警。在服務(wù)器中，將采集的各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)根據(jù)不同的設(shè)施通過(guò)不同的算法初步判斷出現(xiàn)的故障。遠(yuǎn)程控制電動(dòng)閥進(jìn)一步判斷故障類別、地點(diǎn)和原因，并且進(jìn)行消息推送，向用戶報(bào)警。維護(hù)人員可以在服務(wù)器發(fā)送指令，指令通過(guò)DTU傳送到污水處理站內(nèi)控制器。控制器接收到指令后，控制污水處理設(shè)備，調(diào)節(jié)閥門開度，對(duì)故障進(jìn)行隔離或者啟用備用設(shè)備，以最大程度減少資源、時(shí)間的浪費(fèi)；為維護(hù)人員提供詳細(xì)故障信息以及維護(hù)時(shí)間，使其盡快保證污水處理運(yùn)行暢通。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，污水處理設(shè)備的故障診斷與遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)研究幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，設(shè)備故障診斷，減少維修工程師現(xiàn)場(chǎng)維修方式，不僅能保障產(chǎn)品的使能力，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，維護(hù)設(shè)備的工作能力。滿足企業(yè)未來(lái)發(fā)展需求，也給其他行業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展方式。