CN114933340B

CN114933340B - 一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统及方法

Info

Publication number: CN114933340B
Application number: CN202210859774.4A
Authority: CN
Inventors: 赵希锦; 刘厚涛; 郑雪峰; 赵希林; 唐晓毅; 陈毕贵
Original assignee: Sichuan Jinmei Environmental Protection Co ltd
Current assignee: Sichuan Jinmei Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2022-07-22
Filing date: 2022-07-22
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2042-07-22
Also published as: CN114933340A

Abstract

本发明涉及一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统及方法，属于污水处理设备综合监控技术领域，包括边缘端污水设备、边缘计算远程服务器、远程终端系统；所述边缘端污水设备通过所述边缘计算远程服务器与所述远程终端系统网络连接；利用基于PLC及HMI实现程序上传、下载、透传、在线升级设备等功能，在结合边缘计算，通过边缘端污水设备、边缘计算远程服务器、远程终端系统之间的配合，从而实现污水处理过程、及其设备或设施运行状态的全面、实时、在线监控。

Description

一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理设备综合监控技术领域，具体涉及一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统及方法。

背景技术

污水处理设备或设施的运行状态主要还是通过人工值守或人工巡查的视觉和感观来判断，不能够实现远程实时监控、故障预警、问题报修、远程诊断。然而很多预警信号是无法通过视觉和感观来获取的，因此，即使设备处于停机或半停机的状态，也不能够及时被发现，并且国内环保设施数量大、分布广，目前没有足够的监察跟踪人员实时进行值守或巡查。

边缘计算的污水处理是基于PLC及HMI实现程序上传、下载、透传，在线升级设备等功能，可克服上述缺陷。

因此，现阶段需设计一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统及方法，来解决以上问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统及方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，如：污水处理设备或设施的运行状态主要还是通过人工值守或人工巡查的视觉和感观来判断，不能够实现远程实时监控、故障预警、问题报修、远程诊断。然而很多预警信号是无法通过视觉和感观来获取的，因此，即使设备处于停机或半停机的状态，也不能够及时被发现，并且国内环保设施数量大、分布广，目前没有足够的监察跟踪人员实时进行值守或巡查。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统，包括边缘端污水设备、边缘计算远程服务器、远程终端系统；所述边缘端污水设备通过所述边缘计算远程服务器与所述远程终端系统网络连接；

所述边缘端污水设备包括部件状态监控装置、过程检测仪表、在线检测仪表、在线监测仪、HMI/PLC控制系统；所述HMI/PLC控制系统分别与所述部件状态监控装置、过程检测仪表、在线检测仪表、在线监测仪连接；HMI/PLC控制系统通过物联网接口与所述边缘计算远程服务器网络连接；

所述在线监测仪包括进水水质及水量检测装置、出水水质及水量检测装置、监测室环境状态检测装置、气环境监测装置、声环境监测装置；所述进水水质及水量检测装置、出水水质及水量检测装置、监测室环境状态检测装置、气环境监测装置、声环境监测装置分别与所述HMI/PLC控制系统连接。

进一步的，所述监测室环境状态检测装置包括主控制模块、控制指令获取模块、进风流量检测模块、温度检测模块、出风流量检测模块、智能控制判断模块；

所述控制指令获取模块用于从所述主控制模块获取污水处理工作人员输入的控制指令，并从该控制指令中获取对应的进风流量数据、温度数据、出风流量数据，分别记为指令进风流量数据、指令温度数据、指令出风流量数据；

所述进风流量检测模块用于实时检测室内的进风流量数据，记为实时进风流量数据；并发送至智能控制判断模块；

所述温度检测模块用于实时检测室内温度检测控制系统内部进行温控的温度数据，记为实时温度数据；并发送至智能控制判断模块；

所述出风流量检测模块用于实时检测室内的出风流量数据，记为实时出风流量数据；并发送至智能控制判断模块；

所述智能控制判断模块分析判断室内温度检测控制系统的工作性能是否异常。

进一步的，所述进风流量检测模块、温度检测模块、出风流量检测模块均处于长时间断电状态；当室内温度检测控制系统开启时，所述进风流量检测模块通电，所述智能控制判断模块将所述实时进风流量数据与所述指令进风流量数据进行对比判断，若所述实时进风流量数据与所述指令进风流量数据匹配，则所述温度检测模块通电，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的进风流量异常；所述智能控制判断模块将所述实时温度数据与所述指令温度数据进行对比判断，若所述实时温度数据与所述指令温度数据匹配，则所述出风流量检测模块通电，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的温控异常；所述智能控制判断模块将所述实时出风流量数据与所述指令出风流量数据进行对比判断，若所述实时出风流量数据与所述指令出风流量数据匹配，则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的工作性能无异常，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的出风流量异常。

进一步的，所述监测室环境状态检测装置还包括分别与所述智能控制判断模块连接的进风口图像检测模块、进风管道形变检测模块、进风管道密封检测模块、风机转速检测模块；

所述进风口图像检测模块用于检测是否存在室内温度检测控制系统进风口被异物遮挡的情况；

所述进风管道形变检测模块用于检测室内温度检测控制系统的进风管道是否发生形变；

所述进风管道密封检测模块用于检测室内温度检测控制系统的进风管道密封是否异常；

所述风机转速检测模块用于实时检测室内温度检测控制系统风机的转速数据，记为实时风机转速数据。

进一步的，所述进风口图像检测模块、进风管道形变检测模块、进风管道密封检测模块、风机转速检测模块均处于长时间断电状态；

所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的进风流量异常时，将所述进风口图像检测模块通电，若所述进风口图像检测模块检测到存在室内温度检测控制系统进风口被异物遮挡的情况，则进行相应的警示；

若所述进风口图像检测模块检测到不存在室内温度检测控制系统进风口被异物遮挡的情况，将所述进风管道形变检测模块通电，若所述进风管道形变检测模块检测到室内温度检测控制系统的进风管道发生形变，则进行相应的警示；

若所述进风管道形变检测模块检测到室内温度检测控制系统的进风管道未发生形变，将所述进风管道密封检测模块通电，若进风管道密封检测模块检测到室内温度检测控制系统的进风管道密封异常，则进行相应的警示；

若进风管道密封检测模块检测到室内温度检测控制系统的进风管道密封未出现异常，将所述风机转速检测模块通电；

所述控制指令获取模块从所述主控制模块获取污水处理工作人员输入的控制指令，并从该控制指令中获取对应的风机转速数据，记为指令风机转速数据；

所述智能控制判断模块将所述实时风机转速数据与所述指令风机转速数据进行对比判断，若所述实时风机转速数据与所述指令风机转速数据匹配，则判断室内温度检测控制系统的风机工作性能正常，并进行人工检查报警；若所述实时风机转速数据与所述指令风机转速数据不匹配，则判断室内温度检测控制系统的风机工作性能异常。

进一步的，所述监测室环境状态检测装置还包括风机功率调节模块，

所述风机功率调节模块用于对室内温度检测控制系统的风机功率进行调节增强，所述风机功率调节模块处于长时间断电状态；

所述实时风机转速数据与所述指令风机转速数据不匹配时，所述智能控制判断模块进一步的判断所述实时风机转速数据是否低于所述指令风机转速数据，

若是，则将风机功率调节模块通电，使所述实时风机转速数据与所述指令风机转速数据匹配，

若否，则进行人工检查报警。

进一步的，所述监测室环境状态检测装置还包括温控功率调节模块，所述温控功率调节模块用于调节室内温度检测控制系统的温控功率，所述温控功率调节模块长时间处于断电状态；

所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的温控异常时，将所述温控功率调节模块通电，使所述实时温度数据与所述指令温度数据匹配。

进一步的，所述监测室环境状态检测装置还包括分别与所述智能控制判断模块连接的出风口图像检测模块、出风管道形变检测模块、出风管道密封检测模块；

所述出风口图像检测模块用于检测是否存在室内温度检测控制系统出风口被异物遮挡的情况；

所述出风管道形变检测模块用于检测室内温度检测控制系统的出风管道是否发生形变；

所述出风管道密封检测模块用于检测室内温度检测控制系统的出风管道密封是否异常。

进一步的，所述出风口图像检测模块、出风管道形变检测模块、出风管道密封检测模块均处于长时间断电状态；

所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的出风流量异常时，将所述出风口图像检测模块通电，若所述出风口图像检测模块检测到存在室内温度检测控制系统出风口被异物遮挡的情况，则进行相应的警示；

若所述出风口图像检测模块检测到不存在室内温度检测控制系统出风口被异物遮挡的情况，将所述出风管道形变检测模块通电，若所述出风管道形变检测模块检测到室内温度检测控制系统的出风管道发生形变，则进行相应的警示；

若所述出风管道形变检测模块检测到室内温度检测控制系统的出风管道未发生形变，将所述出风管道密封检测模块通电，若出风管道密封检测模块检测到室内温度检测控制系统的出风管道密封异常，则进行相应的警示；

若出风管道密封检测模块检测到室内温度检测控制系统的出风管道密封未出现异常，则进行人工检查报警；

所述监测室环境状态检测装置还包括辅助照明模块，所述辅助照明模块在室内温度检测控制系统的进风口、出风口均设有，分别用于给进风口图像检测模块、出风口图像检测模块提供图像采集时的辅助照明，且分别与进风口图像检测模块、出风口图像检测模块适应性通断电。

一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断方法，采用如上述的一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统进行污水处理远程监控诊断。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案其中一个有益效果在于，利用基于PLC及HMI实现程序上传、下载、透传、在线升级设备等功能，在结合边缘计算，通过边缘端污水设备、边缘计算远程服务器、远程终端系统之间的配合，从而实现污水处理过程、及其设备或设施运行状态的全面、实时、在线监控。其中，监测室环境状态检测装置从控制端获取控制指令后，从控制指令中获取对应的进风流量、温度、出风流量；然后从执行端获取实际执行的进风流量、温度、出风流量；将二者进行对应的对比判断，即可判断出当前室内温度检测控制系统有没有出现实际执行的情况与控制指令存在细微差异的情况，即使是细微到污水处理工作人员人体无法感知的差异，也能够具象的判断出来。并且，因为室内温度检测控制的异常与风向密切相关，因此，我们采用的异常判断顺序为“进风流量-温控-出风流量”的顺序；即，先启动进风流量判断，若进风流量未出现异常，再进行温控判断，若温控未出现异常，再进行出风流量判断；这样可最高效的完成异常检测和定位，避免多余模块通电，也避免重复进行异常判断过程。

附图说明

图1为本申请实施例1的结构示意图。

图2为本申请实施例2的过程示意图。

图3为本申请实施例3的过程示意图。

图4为本申请实施例4的过程示意图。

图5为本申请实施例5的过程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-附图5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，提出一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统，包括边缘端污水设备、边缘计算远程服务器、远程终端系统；所述边缘端污水设备通过所述边缘计算远程服务器与所述远程终端系统网络连接；

上述方案中，部件状态监控装置用于监控泵类（污水提升泵、混合液回流泵、污泥剩余泵、污泥回流泵、回用水泵等）、风机类（回转式鼓风机、罗茨鼓风机、螺杆空压机、离心式鼓风机、潜水式曝气机等）、搅拌器类（潜水搅拌机、框式搅拌机、摆线式搅拌机、潜水推流器等）、阀门类（电动蝶阀、电动闸阀、电动调节阀、电动球阀、电磁阀等）、成套设备类的运行-停止-故障状态。过程检测仪表包括污水处理过程涉及的液位计、流量计、压力传感器、差压计、气体检测仪、电能检测器等。在线检测仪表包括污水处理过程涉及的在线PH计、在线氧化还原电位仪、在线溶解氧仪、污泥界面仪、在线浊度计、在线余氧计、污泥浓度计等。在线监测仪用于检测污水处理过程涉及的进水水质及水量、出水水质及水量、监测室环境状态、气环境、声环境等。通过边缘端污水设备、边缘计算远程服务器、远程终端系统之间的配合，从而实现污水处理过程、及其设备或设施运行状态的全面、实时、在线监控。

实施例2：

现有技术中，对于监测室环境状态检测装置的室内温度检测控制系统在长时间（是指其累计工作时间）的使用过程中，其温度检测控制工作性能是否出现通过人体感知无法察觉的细微变化，没有设计相关的监测反馈方案；比如：污水处理工作人员下达了室内温度控制指令后，如果室内温度调节的执行部分所实际执行的情况与控制指令存在细微差异（由于硬件老化、管道细微变形等引起；并且通过人体感知无法察觉），那么污水处理工作人员无法察觉，如果污水处理工作人员还以以往的经验来判断当前的室内温度检测控制（比如：凭借经验脱掉外套等），容易引起人们的不适甚至感冒生病。

如图2所示，在实施例1的基础上进一步的，监测室环境状态检测装置包括主控制模块、控制指令获取模块、进风流量检测模块、温度检测模块、出风流量检测模块、智能控制判断模块；

所述进风流量检测模块用于实时检测室内温度检测控制系统的进风流量数据，记为实时进风流量数据；

所述温度检测模块用于实时检测室内温度检测控制系统内部进行温控的温度数据，记为实时温度数据；

所述出风流量检测模块用于实时检测室内温度检测控制系统的出风流量数据，记为实时出风流量数据；

其中，所述进风流量检测模块、温度检测模块、出风流量检测模块均处于长时间断电状态；

当室内温度检测控制系统开启时，所述进风流量检测模块通电，所述智能控制判断模块将所述实时进风流量数据与所述指令进风流量数据进行对比判断，若所述实时进风流量数据与所述指令进风流量数据匹配，则所述温度检测模块通电，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的进风流量异常；

所述智能控制判断模块将所述实时温度数据与所述指令温度数据进行对比判断，若所述实时温度数据与所述指令温度数据匹配，则所述出风流量检测模块通电，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的温控异常；

所述智能控制判断模块将所述实时出风流量数据与所述指令出风流量数据进行对比判断，若所述实时出风流量数据与所述指令出风流量数据匹配，则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的工作性能无异常，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的出风流量异常。

上述方案中，从控制端获取控制指令后，从控制指令中获取对应的进风流量、温度、出风流量；然后从执行端获取实际执行的进风流量、温度、出风流量；将二者进行对应的对比判断，即可判断出当前室内温度检测控制系统有没有出现实际执行的情况与控制指令存在细微差异的情况，即使是细微到污水处理工作人员人体无法感知的差异，也能够具象的判断出来。并且，因为室内温度检测控制系统的异常与风向密切相关，因此，我们采用的异常判断顺序为“进风流量-温控-出风流量”的顺序；即，先启动进风流量判断，若进风流量未出现异常，再进行温控判断，若温控未出现异常，再进行出风流量判断；这样可最高效的完成异常检测和定位，避免多余模块通电，也避免重复进行异常判断过程。

实施例3：

上述方案中，如果判断出进风流量异常后，无法了解更为细节的信息，也就是说无法完成异常具象定位，只能通过人工异常检查，效率极低。

如图3所示，在实施例2的基础上进一步的，监测室环境状态检测装置还包括进风口图像检测模块、进风管道形变检测模块、进风管道密封检测模块、风机转速检测模块；

所述进风口图像检测模块用于检测是否存在室内温度检测控制系统进风口被异物遮挡的情况（比如：是否存在树叶、塑料袋等异物遮挡进风口，是否存在人为故意堵塞进风口等）；所述进风管道形变检测模块用于检测室内温度检测控制系统的进风管道是否发生形变（比如：是否因为进风管道的材质发生热胀冷缩，是否出现被意外挤压变形等）；所述进风管道密封检测模块用于检测室内温度检测控制系统的进风管道密封是否异常（比如：进风管道的非一体化结构的密封连接处是否出现漏风等情况）。

所述风机转速检测模块用于实时检测室内温度检测控制系统风机的转速数据，记为实时风机转速数据；

其中，所述进风口图像检测模块、进风管道形变检测模块、进风管道密封检测模块、风机转速检测模块均处于长时间断电状态；

所述智能控制判断模块将所述实时风机转速数据与所述指令风机转速数据进行对比判断，若所述实时风机转速数据与所述指令风机转速数据匹配，则判断室内温度检测控制系统的风机工作性能正常，并进行人工检查报警；若所述实时风机转速数据与所述指令风机转速数据不匹配，则判断室内温度检测控制系统的风机工作性能异常（比如：由于风机硬件老化，转动件与固定件之间的摩擦增大等）。

进一步的，监测室环境状态检测装置还包括风机功率调节模块，

若否，则进行人工检查报警。

上述方案中，判断出进风流量异常后，通过进风口图像检测模块、进风管道形变检测模块、进风管道密封检测模块、风机转速检测模块的先后通电检测，可高效的完成异常具象化检测和定位，直接给出具体的异常数据，便于后续人工修检；并且，如果是因为风机硬件老化，转动件与固定件之间的摩擦增大等引起的异常，还通过风机功率调节模块来进行反馈自动调节，实现智能控制。

实施例4：

如图4所示，在实施例2或3的基础上进一步的，监测室环境状态检测装置还包括温控功率调节模块，所述温控功率调节模块用于调节室内温度检测控制系统的温控功率，所述温控功率调节模块长时间处于断电状态；

上述方案中，当智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的温控异常后，通过温控功率调节模块来进行反馈自动调节，实现智能控制。

实施例5：

上述方案中，如果判断出出风流量异常后，无法了解更为细节的信息，也就是说无法完成异常具象定位，只能通过人工异常检查，效率极低。

如图5所示，在实施例2-4任一项的基础上进一步的，监测室环境状态检测装置还包括出风口图像检测模块、出风管道形变检测模块、出风管道密封检测模块；

所述出风管道密封检测模块用于检测室内温度检测控制系统的出风管道密封是否异常；

其中，所述出风口图像检测模块、出风管道形变检测模块、出风管道密封检测模块均处于长时间断电状态；

若出风管道密封检测模块检测到室内温度检测控制系统的出风管道密封未出现异常，则进行人工检查报警。

上述方案中，判断出出风流量异常后，通过出风口图像检测模块、出风管道形变检测模块、出风管道密封检测模块的先后通电检测，可高效的完成异常具象化检测和定位，直接给出具体的异常数据，便于后续人工修检。

实施例6：

由于进、出风口图像检测模块涉及到图像采集，并且进、出风口往往光线不足，图像采集时，如果没有辅助照明，无法采集到清晰的进、出风口图像，从而导致无法准确检测。

在实施例5的基础上进一步的，监测室环境状态检测装置还包括辅助照明模块，所述辅助照明模块在室内温度检测控制系统的进风口、出风口均设有，分别用于给进风口图像检测模块、出风口图像检测模块提供图像采集时的辅助照明，且分别与进风口图像检测模块、出风口图像检测模块适应性通断电。

上述方案中，给进、出风口图像检测模块配置辅助照明模块，确保采集到清晰的进、出风口图像，从而保证检测结果的准确性。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统，其特征在于，包括边缘端污水设备、边缘计算远程服务器、远程终端系统；所述边缘端污水设备通过所述边缘计算远程服务器与所述远程终端系统网络连接；

所述在线监测仪包括进水水质及水量检测装置、出水水质及水量检测装置、监测室环境状态检测装置、气环境监测装置、声环境监测装置；所述进水水质及水量检测装置、出水水质及水量检测装置、监测室环境状态检测装置、气环境监测装置、声环境监测装置分别与所述HMI/PLC控制系统连接；

所述监测室环境状态检测装置包括主控制模块、控制指令获取模块、进风流量检测模块、温度检测模块、出风流量检测模块、智能控制判断模块；

所述智能控制判断模块分析判断室内温度检测控制系统的工作性能是否异常；

所述进风流量检测模块、温度检测模块、出风流量检测模块均处于长时间断电状态；当室内温度检测控制系统开启时，所述进风流量检测模块通电，所述智能控制判断模块将所述实时进风流量数据与所述指令进风流量数据进行对比判断，若所述实时进风流量数据与所述指令进风流量数据匹配，则所述温度检测模块通电，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的进风流量异常；所述智能控制判断模块将所述实时温度数据与所述指令温度数据进行对比判断，若所述实时温度数据与所述指令温度数据匹配，则所述出风流量检测模块通电，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的温控异常；所述智能控制判断模块将所述实时出风流量数据与所述指令出风流量数据进行对比判断，若所述实时出风流量数据与所述指令出风流量数据匹配，则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的工作性能无异常，否则所述智能控制判断模块判断室内温度检测控制系统的出风流量异常；

所述监测室环境状态检测装置还包括分别与所述智能控制判断模块连接的进风口图像检测模块、进风管道形变检测模块、进风管道密封检测模块、风机转速检测模块；

所述进风口图像检测模块、进风管道形变检测模块、进风管道密封检测模块、风机转速检测模块均处于长时间断电状态；

2.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统，其特征在于，所述监测室环境状态检测装置还包括风机功率调节模块，

若否，则进行人工检查报警。

3.如权利要求2所述的一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统，其特征在于，所述监测室环境状态检测装置还包括温控功率调节模块，所述温控功率调节模块用于调节室内温度检测控制系统的温控功率，所述温控功率调节模块长时间处于断电状态；

4.如权利要求3所述的一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统，其特征在于，所述监测室环境状态检测装置还包括分别与所述智能控制判断模块连接的出风口图像检测模块、出风管道形变检测模块、出风管道密封检测模块；

5.如权利要求4所述的一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统，其特征在于，所述出风口图像检测模块、出风管道形变检测模块、出风管道密封检测模块均处于长时间断电状态；

6.一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的一种基于边缘计算的污水处理远程监控诊断系统进行污水处理远程监控诊断。