污水处理厂故障诊断

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2009-01-10 12:33:55

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摘要：开发了一个用于诊断城市污水处理厂日常运行故障的专家系统。系统采用了正反向混合推理机制，并采用故障树的形式将知识库中的知识组织形式向用户公开，便于用户使用和对系统的维护。现已用于北京某污水处理厂中。

关键词：故障诊断

   0　引言　　

    　　经验表明，城市污水处理厂长期稳定运行是较为困难的，在一些污水处理厂中，处理效果不佳、运行费用高和污染环境等现象常常是由运行的问题引起的［1］。由于针对污水处理厂日常运行问题的解决策略在书籍中难以找到，长期以来运行人员往往是根据多年积累的经验对污水处理厂进行管理。然而这些经验的积累要求具有较长时间的实际操作经验和广泛的知识，所以只为少数人员所掌握。目前我国环境保护事业正在蓬勃发展，各地新建了不少城市污水处理厂。在这些新建的污水处理厂中，由于缺乏有经验的运行管理人员，污水处理厂的运行就显得更加困难。因此十分有必要开发一套用于指导城市污水处理厂日常运行的决策支持系统。根据目前的实际情况，采用专家系统是较好的解决方法。　

    1　专家系统及其功能

    　　专家系统是人工智能的一个分支，它可以定义为一个能在特定领域内，以人类专家水平去解决该领域内困难问题的计算机程序。其主要特征是它依靠人类专家经验性的规则来分析和解决问题［2］。它是将经验性的知识应用于尚未完全得到理解的领域的一种方法，因而很适合在污水处理过程这样一个尚未得到完全理解的领域中应用。

    　　本专家系统是污水处理厂日常运行决策支持系统的一个组成部分，其主要功能为：①故障诊断功能：根据用户输入的数据和信息，对污水处理厂的实际运行情况作出分析，确定运行中出现的问题并给出解决的办法。②故障检索功能：对污水处理厂运行中经常出现的问题，采用故障列表的形式进行检索，对具体的故障给出原因和解决策略的详细分析。③活性污泥法的培训功能：充分利用计算机多媒体的优势，运用文字、图形等多种方式向用户介绍活性污泥法的有关知识，对污水处理厂的职工进行培训。　

    　　本专家系统和污水处理厂日常运行决策支持系统的另一个组成部分--IAWQ模型数值模拟软件相互支持、相互验证，共同为污水处理厂的日常运行提供帮助。

    2　专家系统的开发　　

    　　软件设计基于Windows95或更高版本的操作系统，采用Visual Studio 6.0版本作为开发工具，其中采用Visual Basic 6.0作为专家系统的开发工具，采用Microsoft Access 6.0作为相应的数据库开发工具，在数据库的操作中，采用Microsoft Transact-SQL的结构化查询语言。

    　　系统的开发过程可以分为以下几个步骤。

    2.1　知识的获取　　

    　　这是专家系统开发过程中最为重要的阶段［3］。专家系统的成功在很大程度上取决于从人类专家处获得的知识［4］。在本系统的开发过程中，从水处理专家、污水处理厂工程师、实际运行人员和运行指导书籍中获得了大量有用的知识。

    2.2　知识的转化

    　　在系统的开发过程中，采用假设和结论(If…，Then…)的形式将从人类专家处获得的知识转化成为适合于计算机表达的形式，存储在系统的知识库中。在此过程中，不断从人类专家处获得反馈信息，及时对知识转化和表达中出现的错误进行修改。

    2.3　专家系统的构建

    　　根据知识库的结构，确定推理的方式并编程实现推理，开发友好的用户界面，实现和完善专家系统的功能。

    2.4　专家系统的验证

    　　在本专家系统开发完成以后，首先由水处理专家对知识的转化过程进行了验证，确定污水处理的知识被正确地转化成为知识库中的知识；然后针对污水处理厂中的具体问题，比较专家系统给出的解决方案与人类专家给出的解决方案，验证专家系统的准确性。本专家系统的验证工作是在北京某污水处理厂进行的，根据实际使用情况，对知识库中不合理的规则和知识表达形式进行了修改。

   3　专家系统的总体结构

    　　专家系统包括知识库、推理机、数据库、用户接口等几个部分。

    3.1　知识库

    　　从人类专家处获得的知识，经过组织后以规则If…，Then…的形式存储在知识库中。根据以往的经验，知识的良好组织是系统能够灵活应用的必要条件［5］。为此知识库采用了模块化结构，即把知识分成若干相互独立的知识库，如故障诊断知识库，故障检索知识库，活性污泥法培训知识库等。系统在工作时，推理机根据实际情况将相应的知识库调入内存使用。

    　　为了便于用户根据自身的实际情况对知识库进行相应的修改和完善，系统采用了故障树的形式将污水处理厂故障诊断知识库向用户公开。故障树的方法本质上是一个分解的等级逼近法：从故障树的根结点出发，通过对输入信息的分析以及运行人员和系统之间的交流，将故障逐级分解，直至找到引起污水处理厂运行故障的基本原因，最后给出故障的解决方案。

    3.2　推理机

    　　包含解决问题的策略和推理方法，接收从人机界面部分传送来的信息，根据数据库汇总的记录，调用知识库中的有关知识对该信息进行相应的处理，并将处理结果送往人机界面或其它结构。

    　　本系统在运

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