污水處理設備的故障診斷與遠程維護系統(tǒng)

鄭鵬波

上汽通用東岳汽車有限公司 山東煙臺 264006

1 污水處理現(xiàn)狀問題

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

我國的污水處理行業(yè)現(xiàn)狀為資金較為短缺，設備比較落后，導致污水處理效率較低，處理能力較為低下，使得污水處理結果也較差。從自動化系統(tǒng)的結構來看，當前我國普遍采用三級污水處理站管理和分布式現(xiàn)場總線控制方式。但是從實際情況來看，主從式結構的現(xiàn)場總線由于系統(tǒng)的可靠性受主控制器的制約，并不適用于全分布式現(xiàn)場總線控制。

儀器設備的維護難度較大。例如PH計、污泥濃度計、泥位計等長期浸沒在污水中，造成儀器檢測結果的不準確性。而檢測器件定期都需要專業(yè)的維護，例如儀表清洗，設備損耗維修等，但這種情況會造成儀表的清洗難度加大，維護費用增高。并且，大部分污水處理站的儀器都是從國外進口的，價格比較昂貴，這使得污水處理站的資金投入更高，工作難度更大。

2 遠程維護與故障診斷系統(tǒng)特點

考慮在任何基于網(wǎng)絡的應用程序中，網(wǎng)絡時間延遲都是最大的障礙之一，特別是在涉及實時批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下。遠程維護系統(tǒng)需要從實時控制過程中收集數(shù)據(jù)，正確實時傳輸數(shù)據(jù)對于確保任何遠程維護系統(tǒng)及時響應非常重要。如果所有的計算都在偏遠的地方進行，可能會產生巨大的網(wǎng)絡流量，并造成不可接受的時間延遲。因此可根據(jù)數(shù)據(jù)的大小將數(shù)據(jù)分為重數(shù)據(jù)和輕數(shù)據(jù)，重數(shù)據(jù)在本地站點進行處理，只將提取出的重數(shù)據(jù)特征（如所識別模型的參數(shù)）傳輸?shù)奖镜卣军c，并在本地站點設計了一個后端系統(tǒng)來執(zhí)行所有繁重的計算，在遠程端設計了一個前端系統(tǒng)來實現(xiàn)遠程維護控制系統(tǒng)。這樣不僅可以解決網(wǎng)絡延遲所帶來的時間差，還可以及時排除故障，保障設備的正常運行。遠程維護與故障診斷系統(tǒng)主要特點如圖1所示。污水處理站設備正常運行是污水處理的核心要求，實現(xiàn)對故障的預知，可降低生產過程中設備出現(xiàn)的問題隱患，減少停機時間，增加生產效率。遠程服務系統(tǒng)使得企業(yè)方便查詢設備使用情況，實時跟蹤設備使用狀態(tài)和質量問題，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，不斷提高設備質量。并且該系統(tǒng)具有自我學習功能，通過不斷地豐富知識庫從而達到系統(tǒng)的自我完善和進步。

3 遠程維護系統(tǒng)故障診斷實現(xiàn)方法

根據(jù)遠程維護和故障診斷體系結構可知，設備采集系統(tǒng)包含PLC設備、現(xiàn)場監(jiān)測設備、采集終端以及各類不同傳感器等信息采集設備，計量現(xiàn)場監(jiān)測設備記錄了現(xiàn)場排查過程中的數(shù)據(jù)；而采集終端則將設備的一些數(shù)據(jù)進行上傳。該類信息采集設備數(shù)量多且設備之間存在復雜的交互關系，因此需要對設備采集系統(tǒng)故障進行合理有效的診斷。污水處理設備采集系統(tǒng)的故障診斷能夠快速、準確地查找采集系統(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程中所呈現(xiàn)的故障現(xiàn)象和相關聯(lián)組件之間的復雜邏輯關系，一般方法有演繹推理以及歸納推理。而控制策略則是整個故障診斷過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)在對多源信息數(shù)據(jù)分析處理上，采用專家系統(tǒng)進行診斷推理，使得系統(tǒng)在故障診斷上更加準確。

4 遠程維護與故障診斷系統(tǒng)關鍵技術

4.1 遠程維護與故障診斷系統(tǒng)串口通信研究

實現(xiàn)設備遠程監(jiān)控和維護系統(tǒng)關鍵問題是解決設備間的通信，整體上看，污水處理站設備狀況不一，通訊協(xié)議標準往往也就不一致，因此就需要結合設備實際運行狀況，制定的通訊協(xié)議能實現(xiàn)遠程設備控制和維護等功能，并確保在此基礎上增加功能擴展模塊，以便設備進行功能擴展。通信協(xié)議中需要了解控制設備、監(jiān)視參數(shù)、設置參數(shù)等相關內容，以便構建出一個規(guī)范的能夠滿足設備實際狀況下的通訊協(xié)議。

4.2 服務器及云平臺的建立

建立服務器采用動態(tài)網(wǎng)頁架構設計，系統(tǒng)云平臺使用B/S架構，即瀏覽器和服務器的通信連接模式。云平臺的建立對污水處理站的管理監(jiān)控、運維等方面是必不可少的一步，能夠實現(xiàn)對污水處理站內的設備查詢、故障診斷、故障報警等統(tǒng)一管理；實現(xiàn)設備狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)存儲，遠程控制數(shù)據(jù)值，提供鮮明數(shù)據(jù)曲線圖。提高企業(yè)生產效率，節(jié)省企業(yè)成本，使效益得到最大化。

4.3 遠程控制

對于污水處理站設備狀態(tài)，水廠水池液位、壓力、電流及電壓都將設置一定的閾值，超過限值，都將自動報警。在服務器中，將采集的各項實時數(shù)據(jù)根據(jù)不同的設施通過不同的算法初步判斷出現(xiàn)的故障。遠程控制電動閥進一步判斷故障類別、地點和原因，并且進行消息推送，向用戶報警。維護人員可以在服務器發(fā)送指令，指令通過DTU傳送到污水處理站內控制器。控制器接收到指令后，控制污水處理設備，調節(jié)閥門開度，對故障進行隔離或者啟用備用設備，以最大程度減少資源、時間的浪費；為維護人員提供詳細故障信息以及維護時間，使其盡快保證污水處理運行暢通。

5 結語

綜上所述，污水處理設備的故障診斷與遠程維護系統(tǒng)研究幫助企業(yè)實現(xiàn)統(tǒng)一管理，設備故障診斷，減少維修工程師現(xiàn)場維修方式，不僅能保障產品的使能力，提高企業(yè)生產效率，維護設備的工作能力。滿足企業(yè)未來發(fā)展需求，也給其他行業(yè)帶來新的發(fā)展方式。