CN107555590A - 一种多点组合式精确曝气控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多点组合式精确曝气控制方法，属于自动化过程控制技术领域。本发明的步骤为：步骤一：首先针对单条生化池，生化池内至少安装三组曝气器，根据进水方向分别安装于其前中后段，或者安装在外中内沟内；步骤二：随后在每组曝气器总进气口处装有调节阀；步骤三：在生化池各分布的每组曝气器区域，根据工艺要求具有代表性的点处安装有溶解氧测量仪；步骤四：在厂内集中布置控制器设备，通过必要的隔离或信号转换装置将溶解氧测量仪测量的DO值y、调节阀开度反馈值x以及控制器输出调节阀的执行开度值i进行连接，组成单个溶解氧分区控制闭环回路。本发明控制效果好，节约能源，精确曝气。

Description

一种多点组合式精确曝气控制方法
技术领域
本发明涉及自动化过程控制技术领域，更具体地说，涉及一种多点组合式精确曝气控制方法。
背景技术
曝气系统是污水生化处理的核心，合理的溶解氧对微生物污染物降解至关重要。曝气量不足，溶解氧(DO)含量过低，会造成好氧池中滋生丝状菌进而引发污泥膨胀；相反，曝气量过量，不仅导致大量的能源浪费，而且对于A2/O工艺来讲，好氧池DO含量过高会通过内回流导致缺氧池中DO含量增加从而抑制反硝化反应影响脱氮效果。此外，还可能由于污泥氧化以及空气搅拌强度过大而打碎活性污泥絮体，从而降低污泥的可沉降性。同时，曝气系统的能耗是整个污水处理厂能耗最高的环节，约占到整个污水处理厂能耗的一半以上(主要是电能，占污水厂总电耗的50％～70％)。当前，不少污水处理厂在设计阶段存在边界条件不清的情况，导致设计时为保证出水达标而设定一个较大的安全系数，这使得其在设备选型方面会与实际情况有一个较大的偏离；除此之外，因为进水水质、水量的波动，污水处理厂在运营过程中也会将溶解氧控制在一个较高水平以保证出水达标，从而造成很大的能源浪费。
鉴于目前大部分的污水处理厂都是采用集中供气的设计理念，即面临一根总管道分支给多条生化池供气，鼓风机分支安装于总管，这样导致无法从改变鼓风机的运行工况来控制各个生化池溶解氧。一些学者尝试于在每条生化池分支空气管道安装调节阀来解决以上问题，但是由于系统空气管路长延迟大、来自于外部干扰多、难以较好的实现控制，也不能解决针对生化池各区域内对需氧量要求不一致的问题，而且不能系统的调节鼓风机侧的总输出，所以节能效果不明显。本发明提出一种多点组合式精确曝气控制方法在于将多条生化池每个池进行分区(如前、中、后段或者内、中、外沟)，组成分区控制系统，然后组合各分区控制反馈值，通过加权计算集成控制于鼓风机组的输出风量，从而在保证出水达标的前提上，兼顾曝气系统的经济型，对污水处理厂节能降耗，降低运营成本。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种多点组合式精确曝气控制方法，可以解决控制效果差，浪费能源和曝气不精确等问题。
2、技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种多点组合式精确曝气控制方法，控制系统包括多条生化池、若干曝气器、若干分区控制器、若干溶解氧测定仪、若干调节阀、若干曝气空气总管、若干加权运算器、若干过程控制器和逻辑控制器、若干变频控制器和若干鼓风机组合套件，采用以下步骤：
步骤一：首先针对单条生化池，生化池内至少安装三组曝气器，根据进水方向分别安装于其前中后段，或者安装在外中内沟内；
步骤二：随后在每组曝气器总进气口处装有调节阀；
步骤三：在生化池各分布的每组曝气器区域，根据工艺要求具有代表性的点处安装有溶解氧测量仪；
步骤四：在厂内集中布置控制器设备，通过必要的隔离或信号转换装置将溶解氧测量仪测量的DO值y、调节阀开度反馈值x以及控制器输出调节阀的执行开度值i进行连接，组成单个溶解氧分区控制闭环回路；
步骤五：根据步骤一到四的组合方法，将多条生化池内的多个调节系统值通过控制器的函数f(x)加权运算，调节系统值来自于每个分区调节系统的调节阀反馈值，加权运算其结果作为过程控制器和逻辑控制器输入值计算鼓风机投运台数及调整运行频率；
步骤六：然后将鼓风机总管流量或压力参数送入各分区控制器的前馈网络，负反馈于调节分区控制器的输入值，解决空气管路长导致控制系统失控或控制效果差的问题；
步骤七：再将各分区控制器通过优化控制算法对给定运行轨迹进行修正，使得各分区段溶解氧含量较好的跟踪给定期望值；
步骤八：最后实现了一路空气总管对多条生化池内DO值精确控制，同时对生化池的不同区域不同需氧量要求进行区别控制，利用了部分解耦和寻优控制方法。
作为本发明的进一步改进，所述的控制系统的动力源为电动或者气动。
作为本发明的进一步改进，所述的优化控制算法为迭代学习算法、神经网络算法、遗传算法，或几种算法的组合。
作为本发明的进一步改进，所述的控制器设备包括可编程逻辑控制器和工业控制计算机。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种多点组合式精确曝气控制方法，本方法采用各分区控制器的前馈网络，解决空气管路长导致控制系统失控或控制效果差的问题。
(2)本发明的一种多点组合式精确曝气控制方法，本方法利用了部分解耦和寻优控制方法，从而提高工艺参数的稳定性、节约能源，达到精确曝气的目的。
(3)本发明的一种多点组合式精确曝气控制方法，本方法通过加权计算集成控制于鼓风机组的输出风量，从而在保证出水达标的前提上，兼顾曝气系统的经济型，对污水处理厂节能降耗，降低运营成本。
附图说明
图1为本发明的控制系统工作结构图；
图2为本发明的控制系统结构示意图。
图中：1、曝气器；2、分区控制器；3、溶解氧测定仪；4、调节阀；5、曝气空气总管；6、加权运算器；7、过程控制器和逻辑控制器；8、变频控制器；9、鼓风机组合套件。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述：
实施例1
从图1和图2可以看出，本实施例的一种多点组合式精确曝气控制方法，控制系统包括多条生化池、若干曝气器1、若干分区控制器2、若干溶解氧测定仪3、若干调节阀4、若干曝气空气总管5、若干加权运算器6、若干过程控制器和逻辑控制器7、若干变频控制器8和若干鼓风机组合套件9，采用以下步骤：
步骤一：首先针对单条生化池，生化池内至少安装三组曝气器，根据进水方向分别安装于其前中后段，或者安装在外中内沟内；
步骤二：随后在每组曝气器总进气口处装有执行器调节阀；
步骤三：在生化池各分布的每组曝气器区域，根据工艺要求具有代表性的点处安装有溶解氧测量仪；
步骤四：在厂内集中布置控制器设备，通过必要的隔离或信号转换装置将溶解氧测量仪测量的DO值y、调节阀开度反馈值x以及控制器输出调节阀的执行开度值i进行连接，组成单个溶解氧分区控制闭环回路；
步骤五：根据步骤一到四的组合方法，将多条生化池内的多个调节系统值通过控制器的函数f(x)加权运算，调节系统值来自于每个分区调节系统的调节阀反馈值，加权运算其结果作为过程控制器和逻辑控制器输入值计算鼓风机投运台数及调整运行频率；
步骤六：然后将鼓风机总管流量或压力参数送入各分区控制器的前馈网络，负反馈于调节分区控制器的输入值，解决空气管路长导致控制系统失控或控制效果差的问题；
步骤七：再将各分区控制器通过优化控制算法对给定运行轨迹进行修正，使得各分区段溶解氧含量较好的跟踪给定期望值，优化控制算法为迭代学习算法；
步骤八：最后实现了一路空气总管对多条生化池内DO值精确控制，同时对生化池的不同区域不同需氧量要求进行区别控制，利用了部分解耦和寻优控制方法。
控制系统的动力源为电动或者气动，上述的控制器设备包括可编程逻辑控制器和工业控制计算机。
实施例的一种多点组合式精确曝气控制方法，(1)根据上述的组合方法，将多条生化池内的多个调节系统值通过控制器的函数f(x)加权运算(如：比例积分法等不限于此)(如式1)、所述调节系统值来自于每个分区调节系统的调节阀反馈值。如式1：f(t)＝k(t)f(x),(t为时间常数，x＝xk1、xk2...)
(2)根据(1)所述的计算方法取得的f(t)，其结果作为逻辑控制器和过程控制器输入值计算鼓风机投运台数和调整鼓风机变频控制器的运行频率fk(t)，从而实现按需分配供气量、稳定于最佳运行点，达到节能的目的。
(3)所述的单个分区控制器，均分设期望轨迹存储器和控制存储器，期望轨迹存储器将工艺要求的溶解氧含量值在时间常数上进行离散存储yd1，并将采集实际溶解氧值yk1对期望轨迹取误差ek(t)和ek-1(t)。如式2：同时根据系统的实际输出与期望输出间的误差ek(t)，通过先进的学习律(如：迭代学习算法、神经网络算法、遗传算法等不限于此)对系统的实际输入进行不断修正，构造一系列函数控制序列{uk(t)}收敛于一个可实现的控制信号{ud(t)}，使得实际输出与期望输出间的误差达到满意，也即满足式3：
(4)根据(3)所述的计算方法，引入目标函数(式4,不限于此函数)判定学习律计算结果是否达到精度要求，一旦达到控制精度要求，即当J<ε时(ε为相对极小数)，存储产生本次结果的学习控制量uk(t)和输出溶氧量yk(t)。当在某个周期内目标函数超出了控制精度要求时，即当J>ε时，再次通过学习律修正输入量，进行控制参数寻优的过程。如式4：其中：ek(t)＝yd(t)-yk(t)
(5)根据(4)所述的计算方法，一旦达到控制精度要求，存储产生本次结果的控制量uk(t)和输出溶氧量yk(t)，同时可以通过K1选择开关自由切除或投入内环控制器，增加控制系统的快速跟踪性能。
(6)根据(3)和(4)所述的计算和控制方法，实现了鼓风机组空气总管内的空气流量和压力的动态调整；同时将空气总管内空气压力P参数和流量F参数送入各分区控制器的前馈网络，负反馈于调节分区控制器，实现预估补偿的控制目的，解决空气总管路长导致控制系统滞后、扰动或失控问题。
(7)根据(1)～(6)所述的计算和控制方法，将污水厂内的多条生化池内的多条控制回路组合一体，组成一种多点组合式精确曝气控制系统。
本发明的一种多点组合式精确曝气控制方法，本方法采用各分区控制器的前馈网络，解决空气管路长导致控制系统失控或控制效果差的问题。利用了部分解耦和寻优控制方法，从而提高工艺参数的稳定性、节约能源，达到精确曝气的目的。通过加权计算集成控制于鼓风机组的输出风量，从而在保证出水达标的前提上，兼顾曝气系统的经济型，对污水处理厂节能降耗，降低运营成本。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多点组合式精确曝气控制方法，其特征在于：控制系统包括多条生化池、若干曝气器(1)、分区控制器(2)、溶解氧测定仪(3)、调节阀(4)、曝气空气总管(5)、加权运算器(6)、过程控制器和逻辑控制器(7)、变频控制器(8)和鼓风机组合套件(9)，采用以下步骤：
步骤一：首先针对单条生化池，生化池内至少安装三组曝气器，根据进水方向分别安装于其前中后段，或者安装在外中内沟内；
步骤二：随后在每组曝气器总进气口处装有调节阀；
步骤三：在生化池各分布的每组曝气器区域，根据工艺要求具有代表性的点处安装有溶解氧测量仪；
步骤四：在厂内集中布置控制器设备，通过必要的隔离或信号转换装置将溶解氧测量仪测量的DO值y、调节阀开度反馈值x以及控制器输出调节阀的执行开度值i进行连接，组成单个溶解氧分区控制闭环回路；
步骤五：根据步骤一到四的组合方法，将多条生化池内的多个调节系统值通过控制器的函数f(x)加权运算，调节系统值来自于每个分区调节系统的调节阀反馈值，加权运算其结果作为过程控制器和逻辑控制器输入值计算鼓风机投运台数及调整运行频率；
步骤六：然后将鼓风机总管流量或压力参数送入各分区控制器的前馈网络，负反馈于调节分区控制器的输入值，解决空气管路长导致控制系统失控或控制效果差的问题；
步骤七：再将各分区控制器通过优化控制算法对给定运行轨迹进行修正，使得各分区段溶解氧含量较好的跟踪给定期望值；
步骤八：最后实现了一路空气总管对多条生化池内DO值精确控制，同时对生化池的不同区域不同需氧量要求进行区别控制，利用了部分解耦和寻优控制方法。
2.根据权利要求1所述的一种多点组合式精确曝气控制方法，其特征在于：所述的控制系统的动力源为电动或者气动。
3.根据权利要求1所述的一种多点组合式精确曝气控制方法，其特征在于：所述的优化控制算法为迭代学习算法、神经网络算法、遗传算法，或几种算法的组合。
4.根据权利要求1所述的一种多点组合式精确曝气控制方法，其特征在于：所述的控制器设备包括可编程逻辑控制器和工业控制计算机。
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