污水处理设备的故障诊断与远程维护系统

郑鹏波

上汽通用东岳汽车有限公司 山东烟台 264006

1 污水处理现状问题

目前，我国处理站最为先进的自动化控制系统是用工业以太网配合FCS作为系统网络，在世界上也是名列前茅的先进技术。该处理系统以PLC控制站为核心，特点为性能高，准确性高，是较为可靠的控制系统。

我国的污水处理行业现状为资金较为短缺，设备比较落后，导致污水处理效率较低，处理能力较为低下，使得污水处理结果也较差。从自动化系统的结构来看，当前我国普遍采用三级污水处理站管理和分布式现场总线控制方式。但是从实际情况来看，主从式结构的现场总线由于系统的可靠性受主控制器的制约，并不适用于全分布式现场总线控制。

仪器设备的维护难度较大。例如PH计、污泥浓度计、泥位计等长期浸没在污水中，造成仪器检测结果的不准确性。而检测器件定期都需要专业的维护，例如仪表清洗，设备损耗维修等，但这种情况会造成仪表的清洗难度加大，维护费用增高。并且，大部分污水处理站的仪器都是从国外进口的，价格比较昂贵，这使得污水处理站的资金投入更高，工作难度更大。

2 远程维护与故障诊断系统特点

考虑在任何基于网络的应用程序中，网络时间延迟都是最大的障碍之一，特别是在涉及实时批量数据传输的情况下。远程维护系统需要从实时控制过程中收集数据，正确实时传输数据对于确保任何远程维护系统及时响应非常重要。如果所有的计算都在偏远的地方进行，可能会产生巨大的网络流量，并造成不可接受的时间延迟。因此可根据数据的大小将数据分为重数据和轻数据，重数据在本地站点进行处理，只将提取出的重数据特征（如所识别模型的参数）传输到本地站点，并在本地站点设计了一个后端系统来执行所有繁重的计算，在远程端设计了一个前端系统来实现远程维护控制系统。这样不仅可以解决网络延迟所带来的时间差，还可以及时排除故障，保障设备的正常运行。远程维护与故障诊断系统主要特点如图1所示。污水处理站设备正常运行是污水处理的核心要求，实现对故障的预知，可降低生产过程中设备出现的问题隐患，减少停机时间，增加生产效率。远程服务系统使得企业方便查询设备使用情况，实时跟踪设备使用状态和质量问题，发现薄弱环节，不断提高设备质量。并且该系统具有自我学习功能，通过不断地丰富知识库从而达到系统的自我完善和进步。

3 远程维护系统故障诊断实现方法

根据远程维护和故障诊断体系结构可知，设备采集系统包含PLC设备、现场监测设备、采集终端以及各类不同传感器等信息采集设备，计量现场监测设备记录了现场排查过程中的数据；而采集终端则将设备的一些数据进行上传。该类信息采集设备数量多且设备之间存在复杂的交互关系，因此需要对设备采集系统故障进行合理有效的诊断。污水处理设备采集系统的故障诊断能够快速、准确地查找采集系统故障发生的原因，具体的包括采集系统IO模板和通道组件的在线故障诊断。设备采集系统的故障诊断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过程中所呈现的故障现象和相关联组件之间的复杂逻辑关系，一般方法有演绎推理以及归纳推理。而控制策略则是整个故障诊断过程中所具有的控制策略，一般方法有正向推理和反向推理。设备采集系统的故障诊断硬件框图如图2所示。该故障诊断系统在对多源信息数据分析处理上，采用专家系统进行诊断推理，使得系统在故障诊断上更加准确。

4 远程维护与故障诊断系统关键技术

4.1 远程维护与故障诊断系统串口通信研究

实现设备远程监控和维护系统关键问题是解决设备间的通信，整体上看，污水处理站设备状况不一，通讯协议标准往往也就不一致，因此就需要结合设备实际运行状况，制定的通讯协议能实现远程设备控制和维护等功能，并确保在此基础上增加功能扩展模块，以便设备进行功能扩展。通信协议中需要了解控制设备、监视参数、设置参数等相关内容，以便构建出一个规范的能够满足设备实际状况下的通讯协议。

4.2 服务器及云平台的建立

建立服务器采用动态网页架构设计，系统云平台使用B/S架构，即浏览器和服务器的通信连接模式。云平台的建立对污水处理站的管理监控、运维等方面是必不可少的一步，能够实现对污水处理站内的设备查询、故障诊断、故障报警等统一管理；实现设备状态历史数据存储，远程控制数据值，提供鲜明数据曲线图。提高企业生产效率，节省企业成本，使效益得到最大化。

4.3 远程控制

对于污水处理站设备状态，水厂水池液位、压力、电流及电压都将设置一定的阈值，超过限值，都将自动报警。在服务器中，将采集的各项实时数据根据不同的设施通过不同的算法初步判断出现的故障。远程控制电动阀进一步判断故障类别、地点和原因，并且进行消息推送，向用户报警。维护人员可以在服务器发送指令，指令通过DTU传送到污水处理站内控制器。控制器接收到指令后，控制污水处理设备，调节阀门开度，对故障进行隔离或者启用备用设备，以最大程度减少资源、时间的浪费；为维护人员提供详细故障信息以及维护时间，使其尽快保证污水处理运行畅通。

5 结语

综上所述，污水处理设备的故障诊断与远程维护系统研究帮助企业实现统一管理，设备故障诊断，减少维修工程师现场维修方式，不仅能保障产品的使能力，提高企业生产效率，维护设备的工作能力。满足企业未来发展需求，也给其他行业带来新的发展方式。