海水淡化故障判斷專家系統(tǒng)研究

廖琦琛　毛　加　孫歡挺（中國電建集團華東勘測設(shè)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(tǒng)研究

廖琦琛毛加孫歡挺
（中國電建集團華東勘測設(shè)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(shù)得到快速發(fā)展。其中，反滲透技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，促成了海水淡化故障判斷系統(tǒng)的形成，實現(xiàn)了工程診斷智能化，確保海水淡化系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

海水淡化；故障判斷；系統(tǒng)研究

水乃生命之源。水資源是人類生存、進(jìn)步、發(fā)展的根本。隨著世界水資源危機的不斷加劇，海水淡化技術(shù)得到了迅猛而快速發(fā)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(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。中國就是繼美、法、日等國之后研究和開發(fā)海水淡化先進(jìn)技術(shù)的國家之一。在我國海水淡化技術(shù)已被作為解決沿海地區(qū)和海島淡水資源短缺問題的重要戰(zhàn)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(yīng)用最多的方法。當(dāng)反滲透法以設(shè)備簡單、易于維護(hù)和設(shè)備模塊化等優(yōu)點迅速占領(lǐng)市場后，其發(fā)生故障的可能性也在增大。要實現(xiàn)對機組的故障判斷與處理、系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度等功能，就需要對整個工程實施更加全面的監(jiān)測、管理，因此，采用參數(shù)采集、數(shù)據(jù)分析、故障判斷等先進(jìn)技術(shù)，搭建故障判斷系統(tǒng)，是提高系統(tǒng)運行可靠性的有效有段。

1　反滲透海水淡化故障判斷系統(tǒng)的組成

判斷是分析、研究、解決問題的首要關(guān)口。故障判斷是以故障發(fā)生的特點，比如電機溫度、管道壓力、產(chǎn)品水電導(dǎo)等數(shù)據(jù)作為故障判斷數(shù)據(jù)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(shù)，來確認(rèn)故障發(fā)生與否。當(dāng)某一系統(tǒng)單元發(fā)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(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、故障特征庫、分析軟件、學(xué)習(xí)系統(tǒng)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(tǒng)非正常運行的特征值，以及各參數(shù)之間的邏輯關(guān)系。（2）數(shù)據(jù)庫：存放各種運行設(shè)定值和運行過程中的數(shù)據(jù)采樣值，能夠反映系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫中的采樣值，按照一定的邏輯運算規(guī)則，可智能判斷故障原因和解決方案。（4）學(xué)習(xí)系統(tǒng)：根據(jù)以往故障出現(xiàn)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(zhǔn)確率不斷提高。（5）人機交互界面：通過計算機外部設(shè)備進(jìn)行信息輸入，完成數(shù)據(jù)交換、軟件升級、系統(tǒng)分析等交互功能。

2　故障判斷子系統(tǒng)

故障判斷子系統(tǒng)是故障判斷系統(tǒng)的核心部分。它主要由趨勢預(yù)測、故障源辨識、分析推理和命令執(zhí)行四部分構(gòu)成。前一部分和后一部分為輸入和輸出關(guān)系，相互協(xié)作共同完成診斷任務(wù)。（1）趨勢預(yù)測：反滲透組件、高壓系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)是反滲透海水淡化系統(tǒng)的三大主要部件。一旦運行出現(xiàn)異常，整個系統(tǒng)的產(chǎn)水質(zhì)量和產(chǎn)量，以及能耗均會發(fā)生連鎖反應(yīng)。在對系統(tǒng)異常作出判斷之前，首先要根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)總結(jié)出的回歸公式，并分析異常運行參數(shù)的差異大小，與理論值進(jìn)行對比分析，對系統(tǒng)運行趨勢作出預(yù)測。（2）故障源辨識：海水淡化系統(tǒng)通過傳感器采集的信號絕大部分與故障無直接聯(lián)系，需逐步對這些信號和參數(shù)進(jìn)行分析，才能得到故障源特征值，發(fā)現(xiàn)故障源。故障源辨識是故障判斷系統(tǒng)最為重要的組成部分，從成千上萬的錯綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)中搜索到故障根源，是本系統(tǒng)成功運行的關(guān)鍵。（3）分析推理：該功能是本系統(tǒng)核心部分，通過趨勢預(yù)測和故障源辨識，并對收集的特征值與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhí)行：分析推理成功后，本系統(tǒng)會給出準(zhǔn)確的故障報告和處理方案，并通過PLC系統(tǒng)采取運行措施，并輸出執(zhí)行結(jié)果。綜上分析，建立反滲透海水淡化故障判斷子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理分析，以獲得準(zhǔn)確的判斷結(jié)果。在自動演算的基礎(chǔ)上，有必要通過人機界面，實時進(jìn)行人工干預(yù)，以補充其邏輯運算的盲點，提高判斷的準(zhǔn)確性。

3　學(xué)習(xí)子系統(tǒng)

學(xué)習(xí)子系統(tǒng)主要通過兩種方式來對數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行補充和完善：（1）自動采樣分析運行數(shù)據(jù)及故障異常數(shù)據(jù)變化值，搜尋故障特征值，不斷對數(shù)據(jù)庫中故障特征值進(jìn)行更新。更新的數(shù)據(jù)一般有以下幾種：故障特征值，即特有故障所反映的特征數(shù)據(jù)、指向位置；發(fā)生原因，判斷故障發(fā)生最有可能的直接因素和間接因素；解決方案，故障后系統(tǒng)執(zhí)行方案，以及排除故障建議方案；數(shù)據(jù)保存，對本次故障的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行分類保存，形成新的計算參數(shù)集和判斷依據(jù)。通過該方式，系統(tǒng)可自主提高故障判斷能力和準(zhǔn)確率。（2）通過人機交互界面對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和完善，特別是在機組有人為調(diào)整及設(shè)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(guī)則。甚至要重新改寫算法，以滿足系統(tǒng)調(diào)整或更新的需要。海水淡化故障判斷專家系統(tǒng)作為一項現(xiàn)代化的應(yīng)用管理程序，只有將知識性、智能性、互動性充分結(jié)合起來，才能最大地發(fā)揮判斷能力，給予海水淡化機組最快、最好的故障干預(yù)體驗。

結(jié)語

通過設(shè)立海水淡化故障判斷專家系統(tǒng)，形成集中監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度、故障診斷于一體的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)工程運行的智能化，通過對故障的快速診斷及反應(yīng)，確保海水淡化系統(tǒng)運行更加安全、穩(wěn)定和高效。這位海水淡化系統(tǒng)的智能“醫(yī)生”，作為活化工藝的重要組成部分之一，將對持續(xù)推進(jìn)海水利用事業(yè)，起到不可忽視的作用。

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