海水淡化故障判斷專家系統研究

廖琦琛　毛　加　孫歡挺（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江　杭州　310014）

海水淡化故障判斷專家系統研究

廖琦琛毛加孫歡挺
（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州310014）

伴隨水資源危機的不斷加劇，海水淡化技術得到快速發展。其中，反滲透技術應用最為廣泛，促成了海水淡化故障判斷系統的形成，實現了工程診斷智能化，確保海水淡化系統穩定運行。

海水淡化；故障判斷；系統研究

水乃生命之源。水資源是人類生存、進步、發展的根本。隨著世界水資源危機的不斷加劇，海水淡化技術得到了迅猛而快速發展。70年代以來，更多的沿海國家由于水資源匱乏而加快了海水淡化的產業化進程。中國就是繼美、法、日等國之后研究和開發海水淡化先進技術的國家之一。在我國海水淡化技術已被作為解決沿海地區和海島淡水資源短缺問題的重要戰略。從海水淡化所采用的方法看，反滲透和低溫多效蒸餾是海水淡化工程中應用最多的方法。當反滲透法以設備簡單、易于維護和設備模塊化等優點迅速占領市場后，其發生故障的可能性也在增大。要實現對機組的故障判斷與處理、系統的優化調度等功能，就需要對整個工程實施更加全面的監測、管理，因此，采用參數采集、數據分析、故障判斷等先進技術，搭建故障判斷系統，是提高系統運行可靠性的有效有段。

1　反滲透海水淡化故障判斷系統的組成

判斷是分析、研究、解決問題的首要關口。故障判斷是以故障發生的特點，比如電機溫度、管道壓力、產品水電導等數據作為故障判斷數據輸入，通過實時采樣反滲透海水淡化流程中的各個運行參數，來確認故障發生與否。當某一系統單元發生故障，計算機能夠快速找到原因，并及時采取措施，并報警提示操作人員。反滲透海水淡化故障判斷系統主要由數據庫、故障特征庫、分析軟件、學習系統以及人機交互界面等組成。（1）故障特征庫：存放反滲透海水淡化系統非正常運行的特征值，以及各參數之間的邏輯關系。（2）數據庫：存放各種運行設定值和運行過程中的數據采樣值，能夠反映系統運行的各種特征。（3）分析軟件：基于故障特征庫的特征值和數據庫中的采樣值，按照一定的邏輯運算規則，可智能判斷故障原因和解決方案。（4）學習系統：根據以往故障出現及解決方案，修正特征庫和分析軟件判定方式，使得邏輯判斷準確率不斷提高。（5）人機交互界面：通過計算機外部設備進行信息輸入，完成數據交換、軟件升級、系統分析等交互功能。

2　故障判斷子系統

故障判斷子系統是故障判斷系統的核心部分。它主要由趨勢預測、故障源辨識、分析推理和命令執行四部分構成。前一部分和后一部分為輸入和輸出關系，相互協作共同完成診斷任務。（1）趨勢預測：反滲透組件、高壓系統、能量回收系統是反滲透海水淡化系統的三大主要部件。一旦運行出現異常，整個系統的產水質量和產量，以及能耗均會發生連鎖反應。在對系統異常作出判斷之前，首先要根據經驗數據總結出的回歸公式，并分析異常運行參數的差異大小，與理論值進行對比分析，對系統運行趨勢作出預測。（2）故障源辨識：海水淡化系統通過傳感器采集的信號絕大部分與故障無直接聯系，需逐步對這些信號和參數進行分析，才能得到故障源特征值，發現故障源。故障源辨識是故障判斷系統最為重要的組成部分，從成千上萬的錯綜復雜的數據中搜索到故障根源，是本系統成功運行的關鍵。（3）分析推理：該功能是本系統核心部分，通過趨勢預測和故障源辨識，并對收集的特征值與數據庫中數據進行比對，以搜尋最匹配的特征對象，鎖定故障原因并獲取解決方案。（4）命令執行：分析推理成功后，本系統會給出準確的故障報告和處理方案，并通過PLC系統采取運行措施，并輸出執行結果。綜上分析，建立反滲透海水淡化故障判斷子系統的數據庫，根據數據庫的數據進行推理分析，以獲得準確的判斷結果。在自動演算的基礎上，有必要通過人機界面，實時進行人工干預，以補充其邏輯運算的盲點，提高判斷的準確性。

3　學習子系統

學習子系統主要通過兩種方式來對數據中的數據進行補充和完善：（1）自動采樣分析運行數據及故障異常數據變化值，搜尋故障特征值，不斷對數據庫中故障特征值進行更新。更新的數據一般有以下幾種：故障特征值，即特有故障所反映的特征數據、指向位置；發生原因，判斷故障發生最有可能的直接因素和間接因素；解決方案，故障后系統執行方案，以及排除故障建議方案；數據保存，對本次故障的一系列數據進行分類保存，形成新的計算參數集和判斷依據。通過該方式，系統可自主提高故障判斷能力和準確率。（2）通過人機交互界面對數據庫中的數據進行調整和完善，特別是在機組有人為調整及設備更新，外界條件重大變化等情況下，要人為補充或添加故障特征及計算規則。甚至要重新改寫算法，以滿足系統調整或更新的需要。海水淡化故障判斷專家系統作為一項現代化的應用管理程序，只有將知識性、智能性、互動性充分結合起來，才能最大地發揮判斷能力，給予海水淡化機組最快、最好的故障干預體驗。

結語

通過設立海水淡化故障判斷專家系統，形成集中監控、優化調度、故障診斷于一體的遠程監控系統，可以實現工程運行的智能化，通過對故障的快速診斷及反應，確保海水淡化系統運行更加安全、穩定和高效。這位海水淡化系統的智能“醫生”，作為活化工藝的重要組成部分之一，將對持續推進海水利用事業，起到不可忽視的作用。

[1]王東祥.海洋要淡水：一項戰略選擇[N].浙江經濟，2008-10（32）.

[2]侯勇，桂華.海水淡化技術現狀與發展[J].吉林電力，2011，39（01）：8-10.

[3]牛志遠.反滲透海水淡化膜系統優化設計與優化調度研究[D].杭州：杭州電子科技大學，2013.

[4]艾鋼，吳建平，朱忠信.海水淡化技術的現狀和發展[J].凈水技術，2004，23（03）：24-28.

TP274

A