一种污水处理设施运行状态监测方法及系统与流程

本发明属于污水处理，具体涉及一种污水处理设施运行状态监测方法及系统。

背景技术：

1、污水处理设施中的提升泵、回流泵和鼓风机受控制器指令驱动，其运行会引起电流、水位、流量或溶解氧的相应变化。现有集中监测方式通常将控制器指令、电气反馈和工艺传感数据分别上传，再由中心平台对单个点位进行判断。然而，不同数据源的时钟、采样周期与网络延迟并不一致，同一次设备动作的指令、电流和工艺响应因此容易被归入不同时间范围，进而产生已启动但无反馈或无指令但设备运行的矛盾现象。

2、边缘计算可以将数据处理下沉到设施现场，缩短从采集到判定的路径。但是，由于现场数据存在断点、越界和时钟漂移，仅在边缘侧搬用单点阈值规则时，数据缺失会被误解为设备故障，阈值附近的瞬时波动又会使告警反复生成和恢复。由于未先确定数据是否足以支撑运行状态判定，故障判定与数据质量异常便发生混淆。

3、针对上述问题，本发明提出了一种污水处理设施运行状态监测方法及系统。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种污水处理设施运行状态监测方法及系统。

2、为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种污水处理设施运行状态监测方法，包括：

4、从现场数据源采集控制意图、电气响应和工艺响应数据，转换为统一点位记录；将统一点位记录按时间窗对齐并标记质量，生成带质量标记的状态帧；

5、从状态帧构建证据特征组，执行质量先决检验，在有效样本比例达到预设阈值后基于证据一致性比对进行状态判定与迁移；将运行状态与证据摘要封装为状态事件，完成本地持久化后上传至中心平台；

6、经中心平台去重接收后返回确认，并在链路中断后实现断点补传；通过下行通道下发配置包，在状态帧边界完成版本切换，并在满足回滚条件时执行回滚。

7、优选地，从现场数据源采集控制意图、电气响应和工艺响应数据，转换为统一点位记录，包括：

8、采集控制意图、电气响应和工艺响应数据，控制意图是指控制器对设备发出的启停状态或频率要求，电气响应是指运行反馈与电流所表示的电机动作，工艺响应是指水位、流量或溶解氧在设备动作后发生的变化；

9、将布尔状态、整数寄存器值或浮点传感值转换为统一点位记录，统一点位记录以设施标识和设备标识限定归属，并携带点位类型、采集时间和接收时间；

10、同一设施、同一设备、同一时间窗和同一配置版本的记录经质量检验后生成状态帧。

11、优选地，将统一点位记录按时间窗对齐并标记质量，生成带质量标记的状态帧，包括：

12、以本地时钟划定窗口起止边界，并按采集时间将记录归入对应窗口；对齐容差用于限定同一时间切片内记录的最大采集时间差，时间差小于或等于对齐容差时归入同一切片，大于对齐容差时分别保留并标记为未对齐；

13、状态帧保留窗口边界与对齐数值，并携带应采样本数、有效样本数和最大时间偏差，缺陷码指明缺失、越界、重复或时间未对齐的原因；

14、归属不一致的记录保持在隔离队列中，配置版本不一致时以状态帧开始时已经生效的版本为准，较新版本保留至下一时间窗边界。

15、优选地，从状态帧构建证据特征组，执行质量先决检验，在有效样本比例达到预设阈值后基于证据一致性比对进行状态判定与迁移，包括：

16、证据特征组是将设备的控制意图、电气响应、工艺响应与各自质量结论绑定的中间数据，其设施标识、设备标识、时间窗与配置版本全部一致后进入运行状态判定；

17、判定先比较必需点位的有效样本比例，任一必需点位低于第一有效性阈值时输出数据不可信和对应缺陷码，不输出设备故障；质量条件成立后，再比较启动意图与运行电流，电气响应成立时继而比较流量或溶解氧是否向预期方向变化；

18、首次出现证据不一致时，将当前类型与开始时间写入候选异常；候选异常持续时间大于或等于对应确认时间时转为已确认异常，在达到确认时间前条件消失时返回正常；已确认异常的触发条件消失后进入恢复候选，恢复条件连续成立达到恢复确认时间时返回正常。

19、优选地，将运行状态与证据摘要封装为状态事件，完成本地持久化后上传至中心平台，包括：

20、状态结论以状态类型为核心，保留候选开始时间、确认时间和恢复时间；触发证据和质量结论说明判定路径，规则版本用于固定当次判定所依据的配置；

21、状态结论与触发前后的证据摘要封装为状态事件，状态事件以事件唯一标识支持幂等接收，以本地序号支持缺口检测和时序恢复；

22、状态事件先写入边缘节点的持久化存储，持久化成功后再将本地序号放入待发队列。

23、优选地，经中心平台去重接收后返回确认，并在链路中断后实现断点补传，包括：

24、中心平台收到状态事件后校验完整性，按事件唯一标识去重，并按本地序号检测缺口；平台持久化成功后再由原连接返回最大连续已接收序号，边缘节点清理不大于该序号的已确认记录；

25、当序号缺口仍存在时，边缘节点从最早缺失序号开始重传，重复到达的事件仅更新接收确认而不新增状态事件；

26、上行链路中断期间采集、成帧、判定和本地持久化继续执行，链路恢复后补传。

27、优选地，通过下行通道下发配置包，在状态帧边界完成版本切换，并在满足回滚条件时执行回滚，包括：

28、配置包以配置版本标识新旧，以适用设备类型限定使用对象，并保留物理范围、特征参数和判定阈值；完整性校验通过且新版本高于当前版本时，配置包先进入候选配置区；

29、当前状态帧完成后，新版本由时间对齐、特征处理和状态判定同时使用；观察期内处理进程重启次数达到回滚阈值或单次处理延迟大于延迟阈值并连续达到延迟确认时间时，上一版本重新设为生效版本；

30、已生成的状态帧、状态结论和状态事件保留当时规则版本，回滚不对历史结果进行改写。

31、本发明还提供了一种污水处理设施运行状态监测系统，包括：

32、采集模块，用于从现场数据源采集控制意图、电气响应和工艺响应数据，转换为统一点位记录；

33、成帧模块，用于将统一点位记录按时间窗对齐并标记质量，生成带质量标记的状态帧；

34、判定模块，用于从状态帧构建证据特征组，执行质量先决检验，在有效样本比例达到预设阈值后基于证据一致性比对进行状态判定与迁移；

35、事件模块，用于将运行状态与证据摘要封装为状态事件，完成本地持久化后上传至中心平台；

36、汇聚模块，用于经中心平台去重接收后返回确认，并在链路中断后实现断点补传；

37、配置模块，用于通过下行通道下发配置包，在状态帧边界完成版本切换，并在满足回滚条件时执行回滚。

38、优选地，成帧模块以本地时钟划定窗口起止边界并按采集时间将记录归入对应窗口，对齐容差用于限定同一时间切片内记录的最大采集时间差；状态帧保留窗口边界与对齐数值并携带应采样本数、有效样本数和最大时间偏差；归属不一致的记录保持在隔离队列中，配置版本不一致时以状态帧开始时已经生效的版本为准；

39、判定模块构建的证据特征组是将控制意图、电气响应、工艺响应与各自质量结论绑定的中间数据；判定先比较必需点位的有效样本比例，任一必需点位低于第一有效性阈值时输出数据不可信；质量条件成立后再顺序比较启动意图与运行电流、电气响应与工艺响应，首次出现证据不一致时写入候选异常，候选异常持续时间达到确认时间时转为已确认异常。

40、优选地，事件模块将状态结论与触发前后的证据摘要封装为状态事件，状态事件以事件唯一标识支持幂等接收，以本地序号支持缺口检测和时序恢复；状态事件先写入持久化存储，持久化成功后再将本地序号放入待发队列；

41、汇聚模块按事件唯一标识去重并按本地序号检测缺口，持久化成功后再返回最大连续已接收序号，边缘节点清理不大于该序号的已确认记录；序号缺口存在时从最早缺失序号开始重传；

42、配置模块下发的配置包以配置版本标识新旧，以适用设备类型限定使用对象；新版本高于当前版本时先进入候选配置区，当前状态帧完成后新版本由成帧模块和判定模块同时装载；观察期内满足回滚条件时上一版本重新设为生效版本。

43、有益效果

44、1、本发明通过将采集时间、接收时间和点位质量联合用于状态帧生成，并在运行状态判定前执行质量先决检验，能够使时间不可比或有效样本不足的数据保持为数据不可信状态，同时使同一判定中的控制、电气和工艺证据具有一致时间边界，从而减少数据缺失或时钟漂移被误判为设备故障的情况，状态帧的质量标记还随状态事件保留，使中心平台接收的运行状态带有形成该状态时的数据可用性依据，提高了现场采样波动条件下的判定稳定性。

45、2、本发明基于控制意图、电气响应与工艺响应的顺序比对，结合候选异常、已确认异常和恢复候选之间的有条件迁移，能够形成包含未通过证据层级和对应规则版本的运行状态，并抑制阈值附近瞬时波动引起的反复告警，从而缓解仅观察单一电气量或单一工艺量时异常环节难以定位的问题；未通过证据层级与状态迁移时间共同保留在状态事件中，使告警输出同时表明异常所在环节和持续阶段，由此缩短了从平台事件回溯至现场检查对象的路径。

46、3、本发明采用事件包先本地持久化后上传、平台按唯一标识去重并返回最大连续序号的配合机制，再结合配置版本在状态帧边界切换与失败回滚，能够在上行链路中断期间保持边缘判定和事件时序，恢复连接后实现断点补传并避免重复生成平台事件，从而减少网络抖动和配置切换对监测连续性的影响；接收确认与本地清理以同一连续序号为边界，配置回滚也保留历史状态事件所用版本，使链路恢复和版本恢复后仍能按原有判定顺序还原运行状态，进而增强了事件证据的连续性。