CN118209595A - 一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水质检测技术领域，具体公开了一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，包括：数据采集模块，多次获取生产终端处成品水的电导率；数据处理模块，绘制电导率变化曲线；获取电导率变化曲线中所有的极大值，并生成参考数列；根据参考数列的单调性，判断生产终端是否为待定终端；重复上述步骤，判断出所有的待定终端；异常终端确定模块，计算待定终端的评定系数，并计算评定系数的均值和评定系数偏差，当某个待定终端的评定系数偏差大于预设的安全阈值时，将该待定终端判定为异常终端。本发明可以根据不同生产终端间的对比，提前预测可能存在异常的生产终端，节约时间成本，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，具体涉及一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统。
背景技术
纯水指的是不含杂质的H2O，通常是通过特殊的水处理过程，如蒸馏和反渗透，以去除水中的离子、溶解性盐类、有机物质和微生物等而制得的，通常用于实验室应用、制药工业、半导体制造和电力工业等领域，因此对生产终端的水质进行检测，以保证纯水的水质是十分重要的。
现有技术中，检测成品水的水质时，通常需要测量成品水的电导率，当成品水的电导率不满足质量要求时，判定为成品水的水质不合格，当成品水的水质不合格时，将会关停生产设备，并进行检修。然而现有的技术中，大多是检测同一生产设备生产出的成品水的电导率并与预设的安全阈值进行比较，并在比较结果存在异常之后对该设备进行检修，无法提前预测可能存在异常的生产设备，这将会导致生产出的成品水作为原水重新进行处理，浪费了更多的时间并且降低了工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，解决上述技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，包括：
数据采集模块，设定采样周期，在所述的采样周期内T，多次获取生产终端处成品水的电导率，相邻两次获取的时间间隔为t；
数据处理模块，绘制电导率随时间变化的曲线，并定义为电导率变化曲线；
获取所述的电导率变化曲线中所有的极大值，将所述的极大值按照时间轴顺序进行排序，生成参考数列；
当所述的参考数列单调递增时，将参考数列对应的生产终端标记为待定终端；
重复上述步骤，判断出所有的待定终端；
异常终端确定模块，计算待定终端的评定系数，其具体计算步骤包括：
获取待定终端的电导率变化曲线，对所述的电导率变化曲线进行拟合，拟合公式为 f（x）；
计算拟合后的电导率变化曲线在采样周期内的积分，具体计算公式为：
；
将所述的积分k定义为评定系数；
计算评定系数的均值k'，并计算评定系数偏差ci=ki-k'，其中，ci表示第i个待定终端的评定系数偏差值，ki为第i个待定终端的评定系数；
当所述评定系数偏差大于预设的安全阈值时，将所述的评定系数偏差对应的生产终端标记为异常终端。
作为本发明进一步的方案：当所述的电导率变化曲线中极大值的数量小于等于2时，执行以下步骤：
将所述的电导率按照时间轴顺序进行排序，生成待定数列，并获取所述的待定数列的单调性；
当所述的待定数列单调递增时，待定数列对应的生产终端标记为待定终端；
当所述的待定数列单调递减时，标记为正常终端，不参与后续过程。
作为本发明进一步的方案：当所述的电导率变化曲线中极大值的数量小于2，且所述的待定数列不存在单调性时，执行以下步骤：
获取所述的待定数列的最后一项，并计算最后一项与预设的电导率阈值间的差值，当所述的差值小于预设的安全阈值时，判定为异常终端。
作为本发明进一步的方案：当所述的参考数列的不存在单调性时，执行以下步骤：
获取所述的参考数列的首项a1和末项an，并计算差值Δa=an-a1；
当存在所述的差值Δa大于预设阈值时，标记为待定终端；
当存在所述的差值Δa小于等于预设阈值时，则不做处理。
作为本发明进一步的方案：当存在所述的参考数列单调递减时，则不做处理。
作为本发明进一步的方案：当不存在所述的待定终端时，获取每个生产终端检修的次数，将所述的生产终端按照检修的次数进行排序，检修的次数越多，排名越靠前，筛选出排序靠前的m个生产终端作为待定终端，m为正整数。
作为本发明进一步的方案：当所述的评定系数的均值k'大于预设的均值阈值且方差小于预设值时，将所有的待定终端标记为异常终端。
本发明的有益效果：在本发明中，首先，多次获取每个生产终端处成品水的电导率，这是后续处理并筛选异常终端的基础；之后，根据获取的电导率，绘制电导率变化曲线；根据电导率曲线中所有的极大值生成参考数列，当参考数列单调递增时，将对应的生产终端标记为待定终端，这是因为，生产终端的异常并非一蹴而就的，而是需要一定的过渡时间才，最终导致生产终端异常的，因此，若某个生产终端可能存在异常，那么该生产终端处成品水的电导率虽然会有所波动，但是整体的趋势应该是上升的，因此根据参考数列的单调性做出初步的判断；之后，计算每个待定终端的评定系数，之所以将所述的积分k定义为评定系数，是因为在每个函数图像中，将每个拟合后的函数图像的起点，平移到y轴正方向上同一点时，异常终端对应的拟合后的函数图像会比正常终端的函数图像更加陡峭，因此异常终端拟合后的函数图像与x轴所围成的面积会大于正常终端拟合后的函数图像与x轴所围成的面积；最后，计算评定系数偏差，并根据评定系数偏差确定异常终端，这是因为，通过统一的评定系数偏差度量，并从中寻找异常的生产终端，可以提供准确、相对性比较的异常检测结果。本发明可以根据不同生产终端间的对比，提前预测存在可能异常的生产终端，节约时间成本，提高工作效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，包括：
数据采集模块，设定采样周期，在所述的采样周期内T，多次获取生产终端处成品水的电导率，相邻两次获取的时间间隔为t；
数据处理模块，绘制电导率随时间变化的曲线，并定义为电导率变化曲线；
获取所述的电导率变化曲线中所有的极大值，将所述的极大值按照时间轴顺序进行排序，生成参考数列；
当所述的参考数列单调递增时，将参考数列对应的生产终端标记为待定终端；
重复上述步骤，判断出所有的待定终端；
异常终端确定模块，计算待定终端的评定系数，其具体计算步骤包括：
获取待定终端的电导率变化曲线，对所述的电导率变化曲线进行拟合，拟合公式为 f（x）；
计算拟合后的电导率变化曲线在采样周期内的积分，具体计算公式为：
；
将所述的积分k定义为评定系数；
计算评定系数的均值k'，并计算评定系数偏差ci=ki-k'，其中，ci表示第i个待定终端的评定系数偏差值，ki为第i个待定终端的评定系数；
当所述评定系数偏差大于预设的安全阈值时，将所述的评定系数偏差对应的生产终端标记为异常终端。
需要说明的是，首先，多次获取每个生产终端处成品水的电导率，这是后续处理并筛选异常终端的基础；之后，根据获取的电导率，绘制电导率变化曲线；根据电导率曲线中所有的极大值生成参考数列，当参考数列单调递增时，将对应的生产终端标记为待定终端，这是因为，生产终端的异常并非一蹴而就的，而是需要一定的过渡时间才，最终导致生产终端异常的，因此，若某个生产终端可能存在异常，那么该生产终端处成品水的电导率虽然会有所波动，但是整体的趋势应该是上升的，因此根据参考数列的单调性做出初步的判断；之后，计算每个待定终端的评定系数，之所以将所述的积分k定义为评定系数，是因为在每个函数图像中，将每个拟合后的函数图像的起点，平移到y轴正方向上同一点时，异常终端对应的拟合后的函数图像会比正常终端的函数图像更加陡峭，因此异常终端拟合后的函数图像与x轴所围成的面积会大于正常终端拟合后的函数图像与x轴所围成的面积；最后，计算评定系数偏差，并根据评定系数偏差确定异常终端，这是因为，通过统一的评定系数偏差度量，并从中寻找异常的生产终端，可以提供准确、相对性比较的异常检测结果。
在本发明另一种优选的实施中，当所述的电导率变化曲线中极大值的数量小于等于2时，执行以下步骤：
将所述的电导率按照时间轴顺序进行排序，生成待定数列，并获取所述的待定数列的单调性；
当所述的待定数列单调递增时，待定数列对应的生产终端标记为待定终端；
当所述的待定数列单调递减时，标记为正常终端，不参与后续过程。
而值得注意的是，当极大值的数量小于2时，由于数据较少，参考数列的单调性并不具备参考意义，因此获取待定数列，并根据待定数列的单调性进行判定生产终端是否为待定终端。
在本发明另一种优选的实施中，当所述的电导率变化曲线中极大值的数量小于等于2，且所述的待定数列不存在单调性时，执行以下步骤：
获取所述的待定数列的最后一项，并计算最后一项与预设的电导率阈值间的差值，当所述的差值小于预设的安全阈值时，判定为异常终端。
可以理解的是，此时说明，该生产终端处成品水的电导率已经十分接近安全阈值，若是继续运行，可能会导致生产出的成品水的电导率异常，因此将其判定为异常终端。
在本发明另一种优选的实施中，当所述的参考数列的不存在单调性时，执行以下步骤：
获取所述的参考数列的首项a1和末项an，并计算差值Δa=an-a1；
当存在所述的差值Δa大于预设阈值时，标记为待定终端；
当存在所述的差值Δa小于等于预设阈值时，则不做处理。
需要注意的是，在这种情况下，计算待定数列中首末项的差值，当差值较大时，说明在短时间内，电导率上升的较高，存在异常的可能性较大，因此将差值较大的生产终端判定为待定终端。
在本发明另一种优选的实施中，当存在所述的参考数列单调递减时，则不做处理。
在本发明另一种优选的实施中，当不存在所述的待定终端时，获取每个生产终端检修的次数，将所述的生产终端按照检修的次数进行排序，检修的次数越多，排名越靠前，筛选出排序靠前的m个生产终端作为待定终端，m为正整数。
在本发明另一种优选的实施中，当所述的评定系数的均值k'大于预设的均值阈值且方差小于预设值时，将所有的待定终端标记为异常终端。
可以理解的是，均值大于预设的均值阈值表明待定终端的评定系数整体偏离了正常水平，方差小于预设值则说明待定终端的评定系数变化相对较小，即终端之间的差异度较小，因此将所有的待定终端标记为异常终端。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，设定采样周期，在所述的采样周期内T，多次获取生产终端处成品水的电导率，相邻两次获取的时间间隔为t；
数据处理模块，绘制电导率随时间变化的曲线，并定义为电导率变化曲线；
获取所述的电导率变化曲线中所有的极大值，将所述的极大值按照时间轴顺序进行排序，生成参考数列；
当所述的参考数列单调递增时，将参考数列对应的生产终端标记为待定终端；
重复上述步骤，判断出所有的待定终端；
异常终端确定模块，计算待定终端的评定系数，其具体计算步骤包括：
获取待定终端的电导率变化曲线，对所述的电导率变化曲线进行拟合，拟合公式为 f（x）；
计算拟合后的电导率变化曲线在采样周期内的积分，具体计算公式为：
；
将所述的积分k定义为评定系数；
计算评定系数的均值k'，并计算评定系数偏差ci=ki-k'，其中，ci表示第i个待定终端的评定系数偏差值，ki为第i个待定终端的评定系数；
当所述评定系数偏差大于预设的安全阈值时，将所述的评定系数偏差对应的生产终端标记为异常终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，其特征在于，当所述的电导率变化曲线中极大值的数量小于2时，执行以下步骤：
将所述的电导率按照时间轴顺序进行排序，生成待定数列，并获取所述的待定数列的单调性；
当所述的待定数列单调递增时，待定数列对应的生产终端标记为待定终端；
当所述的待定数列单调递减时，标记为正常终端，不参与后续过程。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，其特征在于，当所述的电导率变化曲线中极大值的数量小于2，且所述的待定数列不存在单调性时，执行以下步骤：
获取所述的待定数列的最后一项，并计算最后一项与预设的电导率阈值间的差值，当所述的差值小于预设的安全阈值时，判定为异常终端。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，其特征在于，当所述的参考数列的不存在单调性时，执行以下步骤：
获取所述的参考数列的首项a1和末项an，并计算差值Δa=an-a1；
当存在所述的差值Δa大于预设阈值时，标记为待定终端；
当存在所述的差值Δa小于等于预设阈值时，则不做处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，当存在所述的参考数列单调递减时，则不做处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，其特征在于，当不存在所述的待定终端时，获取每个生产终端检修的次数，将所述的生产终端按照检修的次数进行排序，检修的次数越多，排名越靠前，筛选出排序靠前的m个生产终端作为待定终端，m为正整数。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的纯水生产终端水质检测系统，其特征在于，当所述的评定系数的均值k'大于预设的均值阈值且方差小于预设值时，将所有的待定终端标记为异常终端。
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