一种污水处理厂用智能控制方法及智能控制系统

摘要

本发明提供了一种污水处理厂用智能控制方法及智能控制系统的技术方案，该方案的方法是由中央处理环节发出指令给中央控制环节，再由中央控制环节发出控制信号给各个现场控制单元，各个现场控制单元则控制所属的执行设备和检测仪表；各个检测仪表测得的现场数据再反馈到中央处理环节，中央处理环节再依据各个反馈的数据调整发出的指令，经过多次控制循环，达到最佳控制，本方案是所述的中央处理环节有专家控制单元和专属数据库的支持，专家控制单元调用专属数据库内的数据，计算出运行所需的各种参数输给中央处理环节发出控制信号。本方案的控制系统是中央处理器还电连接有专家控制器和专属数据库。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种污水处理方法及设备，尤其是一种污水处理厂用智能控制方法及智能控制系统。

背景技术

在现有技术中，与本申请最为接近的技术方案是在用的污水处理厂控制系统，该控制系统是采用中央控制为主，辅以现场手动控制，由中央处理器、中央控制器、现场控制器、各种执行设备和各种测量仪表构成。其工作模式是按照理论设定运行参数，并输入给中央处理器，中央处理器发出指令通过中央控制器传输到各个现场控制器，现场控制器控制设备的运转并由仪表采集现场数据，仪表将采集到的现场数据反馈到中央处理器，中央处理器根据系统设定的参数和反馈的现场数据形成各种报表，然后由技术人员依据报表分析数据，做出对运行参数的调整并输给中央处理器，这就存在人为因素对控制的影响。而污水处理厂的运行参数很多，包括有位置控制、参数控制和时间控制等。在传统的控制过程中，对这些指标的控制是相对独立，没有整合成一体。比如说，突降暴雨后，水量很大，但水质较好，这时候应加大出水量增且减小曝气和回流量，停止排泥，但是，用传统的控制模式如果不做人工调整，就会出现不停曝气，使活性污泥随出水大量流出，造成出水不达标而又耗能的问题。可见传统控制方式的弊端是系统的控制滞后性较强，运行参数之间没有关联性，无法对进水的水质、水量变化以及整个污水处理系统内外环境的变化进行相应调整，受人为因素的影响较大，运行的能耗比较高、出水水质不稳定，这是现有技术所存在的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种污水处理厂用智能控制方法及智能控制系统技术方案，该方案采用专属数据库存储各种数据、运行参数和各个参数之间相互关联的数学模型，并由专家控制器根据数据和运行参数用不同工艺的数学模型进行计算，得出各个参数的调整量，去更新运行参数，达到适时的智能控制，不再受人为因素的影响，使污水处理厂的运行能耗降低，出水的水质稳定。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

污水处理厂用智能控制方法是由中央处理环节发出指令给中央控制环节，再由中央控制环节发出控制信号给各个现场控制单元，各个现场控制单元则控制所属的执行设备和检测仪表；各个检测仪表测得的现场数据再反馈到中央处理环节，中央处理环节再依据各个反馈的数据调整发出的指令，经过多次控制循环，达到最佳控制，本方案的特点是所述的中央处理环节有专家控制单元和专属数据库的支持，专家控制单元调用专属数据库内的数据，计算出运行所需的各种参数输给中央处理环节发出控制信号。本方案具体的特点还有，所述的专属数据库中存储的数据有各工艺的设计参数，各个设备运行的长期、中期和近期记录的历史数据，各工艺段理化指标和运行质量评价，以及各个工艺参数间相关连的数学模型，并能够自动更新和甄别和剔除离散数据。所述的专家控制单元是根据对曝气量、内回流、外回流和排泥量不同的控制对象，采用分段算法用不同的数学模型调用专属数据库内的数据和数学模型进行计算，得出各个参数的调整量，更新运行参数。

污水处理厂用智能控制系统是由中央处理器电连接中央控制器，中央控制器电连接各个现场控制器，各个现场控制器电连接所属的执行设备和检测仪表，本方案的特点是所述的中央处理器还电连接有专家控制器和专属数据库。本方案具体的特点还有，所述的专家控制器是由内存管理单元连接运算单元和暂存器，运算单元再与公式存储器、方向控制器和指令发送器连接构成，所述的内存管理单元与所述的中央处理器连接，所述的方向控制器接收所述的中央处理器的信息，所述的指令发送器发出信息给所述的中央处理器。所述的所述的中央控制器和各个现场控制器采用的是PLC控制器。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中的中央处理器连接有专家控制器和专属数据库，在专属数据库中存储各种数据、运行参数和各个参数之间相互关联的数学模型，而专家控制器则根据专属数据库存储的数据和运行参数，分别、分时采用用不同工艺的数学模型进行计算，得出各个参数的调整量，去更新运行参数，以达到能适时的进行智能控制，不再受人为因素的影响，使污水处理厂的运行成本和能耗降低，出水的水质达到稳定。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的系统结构方框示意图。

图2为本发明具体实施方式中专家控制器的方框结构示意图。

图中，ZJKQ为专家控制器，ZCQ为中央处理器，SJK为专属数据库，ZKQ为中央控制器，XKQ1为第一现场控制器，XKQ2为第二现场控制器，XKQn为第n现场控制器，S1为第一设备，S2为第二设备，Sn为第n设备，Y1为第一仪表，Y2为第二仪表，Yn为第n仪表，NCGLDY为内存管理单元，ZCQ为暂存器，YSDY为运算单元，GSCC为公式存储器，FXKZQ为方向控制器，ZLFSQ为指令发送器。 

具体实施方式

　　为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

通过附图可以看出，本方案的污水处理厂用智能控制系统是由中央处理器ZCQ电连接中央控制器ZKQ，该中央控制器ZKQ采用的是PLC控制器。中央控制器ZKQ电连接第一现场控制器XKQ1、第二现场控制器XKQ2、直至第n现场控制器XKQn，所述的各个现场控制器采用的是PLC控制器。第一现场控制器XKQ1再电连接所属用于执行的第一设备S1和用于检测并能反馈检测数据的第一仪表Y1，第二现场控制器XKQ2再电连接所属用于执行的第二设备S2和用于检测并能反馈检测数据的第二仪表Y2，直至第n现场控制器XKQn再电连接所属用于执行的第n设备Sn和用于检测并能反馈检测数据的第n仪表Yn。本方案是所述的中央处理器ZCQ还电连接有专家控制器ZJKQ和专属数据库SJK。在所述的专属数据库SJK中存储有各工艺的设计参数，各个设备运行的长期、中期和近期记录的历史数据，各工艺段理化指标和运行质量评价，以及各个工艺参数间相关连的数学模型，专属数据库SJK并具有能够自动更新和甄别和剔除离散数据的能力。本方案所述的专家控制器ZJKQ是根据对曝气量、内回流、外回流和排泥量不同的控制对象，采用分段算法用不同的数学模型调用专属数据库SJK内的数据和数学模型进行计算，得出各个参数的调整量，更新运行参数。该专家控制器ZJKQ是由内存管理单元NCGLDY连接运算单元YSDY和暂存器ZCQ，运算单元YSDY再与公式存储器GSCC、方向控制器FXKZQ和指令发送器ZLFSQ连接构成。所述的内存管理单元ZCGLDY与所述的中央处理器ZCQ连接，由中央处理器ZCQ提供运算所需的各种数据，并由内存管理单元NCGLDY指挥运算单元YSDY进行计算。所述的方向控制器FXKZQ接收所述的中央处理器ZCQ的信息，用来指导运算单元YSDY针对哪一种工艺进行计算。所述的指令发送器ZLKSQ发出信息给所述的中央处理器ZCQ，以便中央处理器ZCQ发出更新的运行参数。

所述的数学模型主要是针对控制曝气量、内回流、外回流和排泥量四个指标，故需要不同的模型和函数来计算，而这些数学模型又都是已知的，现以曝气量为例说明：

影响曝气量的因素很多主要有：水量、cod、氨氮、水温、污泥浓度等。

设曝气量为Q；进水量为L，将进水水量值按十位数取整（10M³）；进水cod值为N、目标cod值为N_s、出水cod值为N'，cod值按十位数取整（10mg/l）；进水氨氮值为M，目标氨氮值为M_s、出水氨氮值为M'，氨氮值取整（mg/l）；污泥浓度为S，污泥浓度按十位数取整（10mg/l）；温度为T，水温值取(℃)。分别预设水量、cod、氨氮、水温、污泥浓度等变化数值，并计算出理论曝气量。

按下列公式计算出理论曝气量：

Q=（L*N*K₁+L*M*K₂+S*K₃）*T*K₄/(21%*K₅)

其中K₁：为cod耗氧常数，0.2～0.5为设定值；

K₂：为氨氮耗氧常数4.33；

K₃：为活性污泥内源呼吸耗氧常数，0.05～0.1为设定值；

    K₄：为温度变化系数1.02^（T-20）；

K₅：为曝气器氧转移效率，0.2～0.4为设定值；

①不同的变量赋值，可以得出一个Q的数组，Q=｛Q₁、Q₂、Q₃、～Q_n｝，将Q、L、N、M、T、S，计入数据库

②运行时，根据实际指标（L、N、M、T、S的数值）调用对应Q_n值，按Q_n值控制曝气量

③经过一个运行周期，检验出水水质N'、 M'。分别计算N'、 M'与设计值N_s、M_s的偏差，并分别计算出偏差所对应反映出的曝气量调整值ΔQ_N和ΔQ_M。按下列公式计算：

ΔQ_N= （N_s -N'）/ N *0.618

ΔQ_M= （M_s -M'）/ M *0.618

④按下列公式计算Q的调整值ΔQ，

ΔQ=ΔQ_N +ΔQ_M（ΔQ_N≤0、ΔQ_M≤0或ΔQ_N≥0、ΔQ_M≥0）

ΔQ=ΔQ_M（ΔQ_N≥0、ΔQ_M＜0），ΔQ=ΔQ_N（ΔQ_N＜0、ΔQ_M≥0）

    ⑤调整后的曝气量为Q_T

按下列公式计算计算Q_T值：

Q_T= Q_n -ΔQ

⑥将Q_T写入数组Q，替换Q_n，完成一次参数修正循环。

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。