CN112099458A - 一种人工智能污水运营系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工智能污水运营系统,涉及污水运行系统领域,为解决自动化程序墨守成规按照固定的PLC程序启停设备,不一定能保证能让进入系统的生活污水双达标排放,甚至可能因此产生高额的运营费用的问题。包括数据汇总系统、数据分析系统、PLC模块和调控系统,数据汇总系统与数据分析系统双向数据连接,数据分析系统的输出端与PLC模块的输入端进行数据连接,PLC模块的输出端与调控系统的输入端电性连接,数据分析系统包括危险数值系统、第一AI模块和第二AI模块,数据汇总系统将污水系统中不断变化的污水数值进行采集和汇总,图片视频和数据均以归一化进行预处理,按照7:2:1的比例对数据集进行划分,生成训练集、测试集、验证集。
Description
技术领域
本发明涉及污水运行系统领域,具体为一种人工智能污水运营系统。
背景技术
生活污水厂的运营工作是极其复杂的,特点是多变量、非线性、时变性。根据我国的相关标准和要求,经过生活污水厂处理过后的生活污水必须达标排放,即满足现阶段国家要求的一级A标准。除了水质的达标外,对于生活污水的处理水量也必须达标,杜绝偷排。因此,整个粗处理系统必须要有较高的稳定性和可靠性。要满足水质水量的双达标,除了上述的硬件外,运营人员的专业技能和责任心也是关键因素。
生活污水处理厂运营属于传统行业,目前国内大多数生活污水处理厂都配备有物联网系统。在生活污水处理厂日常的运营工作中,当班的运营人员日常主要工作有厂区巡检、设备巡检、水质化验、设备启停操作等。运营人员可以通过物联网系统查看运营系统即时状态,如在线水质参数,水泵、风机等设备的启停状态,以及厂区内摄像头监控的画面等。虽然物联网系统可以实现在值班室足不出户完成对水泵、风机等设备的远程启停,虽然物联网系统内编写好的PLC逻辑控制自动化程序也可以完成对水泵、风机等设备的自动启停。但是,生活污水厂是24小时不间断运营,这需要有专业知识的运营人员值守夜班。
由于生活污水的时变性和多变量因素的相互作用,自动化程序墨守成规按照固定的PLC程序启停设备,不一定能保证能让进入系统的生活污水双达标排放,甚至可能因此产生高额的运营费用,其中大约有80%为电费,因此市场急需研制一种人工智能污水运营系统来帮助人们解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人工智能污水运营系统,以解决上述背景技术中提出的自动化程序墨守成规按照固定的PLC程序启停设备,不一定能保证能让进入系统的生活污水双达标排放,甚至可能因此产生高额的运营费用的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种人工智能污水运营系统,包括数据汇总系统、数据分析系统、PLC模块和调控系统,所述数据汇总系统与数据分析系统双向数据连接,所述数据分析系统的输出端与PLC模块的输入端进行数据连接,PLC模块的输出端与调控系统的输入端电性连接,数据分析系统包括危险数值系统、第一AI模块和第二AI模块;
其中,数据汇总系统将污水系统中不断变化的污水数值进行采集和汇总,图片视频和数据均以归一化进行预处理,按照7:2:1的比例对数据集进行划分,生成训练集、测试集、验证集;
调控系统通过PLC模块的指令对不同设备进行相应调控;
数据分析模块通过对人工智能对数据进行分析,从而实现最佳运行数据的计算;
危险数值系统设备运行时较为危险的数值和图像信息便会被触发,从而提示人工智能进行快速的判断;
第一AI模块通过卷积神经网络算法对数据集和预处理方式训练出目标检测的AI模型,用于生活污水处理厂的安防监控和重点工艺的过程监控并进行运算,提供给PLC模块让其可以进行设备的调控;
第二AI模块通过深度循环神经网络算法对数据集和预处理方式训练出数值预测的AI模型,用于根据从数据汇总系统读取到的实时水质数据计算出当前最优的水质参数,下发给PLC模块进行终端设备的状态变更。
优选的,所述数据汇总系统包括缺氧池系统、好氧池系统、气浮池系统和集水井摄像头,缺氧池系统包括DO数据采集模块、PH值采集模块,好氧池系统包括DO数据采集模块和好氧池摄像头,气浮池系统包括液位采集模块和气浮池摄像头。
优选的,所述调控系统包括缺氧池控制系统、气浮池控制系统、集水井异常报警装置和好氧池罗茨鼓风机。
优选的,所述缺氧池控制系统包括离心泵和加药装置。
优选的,所述气浮池控制系统包括螺杆泵和叠螺机。
优选的,所述危险数值系统包括集水井影响对比模块、缺氧池数值对比模块、好氧池数值图像对比模块和气浮池数值图像对比模块;
其中,集水井影响对比模块用于对集水井摄像头采集的图像进行对比,从而判断出危险情况;
缺氧池数值对比模块用于对DO数据采集模块、PH值采集模块采集的数值进行对比,从而判断该数值是否超标;
好氧池数值对比模块对DO数据采集模块采集的数值进行比对,对好氧池摄像头采集的图像信息进行比对,从而判断数值是否超标,判断采集的图像是否出现危险状态;
气浮池数值图像对比模块对液位采集模块的数值进行比对,对气浮池摄像头采集的图像信息进行比对。
优选的,所述缺氧池系统包括DO数据采集模块和PH值采集模块。
优选的,所述好氧池系统包括DO数值采集模块和好氧池摄像头。
优选的,所述气浮池系统包括液位采集模块和气浮池摄像头。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明将生活污水处理厂所有设备的运行状态如开关、所有水质在线监测仪表的数值和摄像头监控的画面进行关联制作数据集,神经网络以此真实数据集为原生知识进行AI模型的训练,通过训练,让AI模型获取到数据之间的特征,对以后未见过的数据进行计算,预测出最优水质数据。AI模型将预测的最优水质传递给物联网系统对进行对众多终端设备的状态进行控制,实现污水运营系统的智能控制,从而减少控制设备的用电时间,解决了自动化程序墨守成规按照固定的PLC程序启停设备,不一定能保证能让进入系统的生活污水双达标排放,甚至可能因此产生高额的运营费用的问题。
附图说明
图1为本发明的原理示意图;
图2为本发明危险数值系统的原理示意图。
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。
请参阅图1-2,本发明提供的一种实施例:一种人工智能污水运营系统,包括数据汇总系统、数据分析系统、PLC模块和调控系统,数据汇总系统与数据分析系统双向数据连接,数据分析系统的输出端与PLC模块的输入端进行数据连接,PLC模块的输出端与调控系统的输入端电性连接,数据分析系统包括危险数值系统、第一AI模块和第二AI模块;
其中,数据汇总系统将污水系统中不断变化的污水数值进行采集和汇总,图片视频和数据均以归一化进行预处理,按照7:2:1的比例对数据集进行划分,生成训练集、测试集、验证集;数据汇总系统中也可以设置调控系统通过PLC模块的指令对不同设备进行相应调控;
数据分析模块通过对人工智能对数据进行分析,从而实现最佳运行数据的计算;
危险数值系统设备运行时较为危险的数值和图像信息便会被触发,从而提示人工智能进行快速的判断;
第一AI模块通过卷积神经网络算法对数据集和预处理方式训练出目标检测的AI模型,用于生活污水处理厂的安防监控和重点工艺的过程监控并进行运算,提供给PLC模块让其可以进行设备的调控;
第二AI模块通过深度循环神经网络算法对数据集和预处理方式训练出数值预测的AI模型,用于根据从数据汇总系统读取到的实时水质数据计算出当前最优的水质参数,下发给PLC模块进行终端设备的状态变更。
进一步,数据汇总系统包括缺氧池系统、好氧池系统、气浮池系统和集水井摄像头,缺氧池系统包括DO数据采集模块、PH值采集模块,好氧池系统包括DO数据采集模块和好氧池摄像头,气浮池系统包括液位采集模块和气浮池摄像头。
进一步,调控系统包括缺氧池控制系统、气浮池控制系统、集水井异常报警装置和好氧池罗茨鼓风机。
进一步,缺氧池控制系统包括离心泵和加药装置。
进一步,气浮池控制系统包括螺杆泵和叠螺机。
进一步,危险数值系统包括集水井影响对比模块、缺氧池数值对比模块、好氧池数值图像对比模块和气浮池数值图像对比模块;
其中,集水井影响对比模块用于对集水井摄像头采集的图像进行对比,从而判断出危险情况;
缺氧池数值对比模块用于对DO数据采集模块、PH值采集模块采集的数值进行对比,从而判断该数值是否超标;
好氧池数值对比模块对DO数据采集模块采集的数值进行比对,对好氧池摄像头采集的图像信息进行比对,从而判断数值是否超标,判断采集的图像是否出现危险状态;
气浮池数值图像对比模块对液位采集模块的数值进行比对,对气浮池摄像头采集的图像信息进行比对。
进一步,缺氧池系统包括DO数据采集模块和PH值采集模块。
进一步,好氧池系统包括DO数值采集模块和好氧池摄像头。
进一步,气浮池系统包括液位采集模块和气浮池摄像头。
工作原理:集水井摄像头、好氧池摄像头和气浮池摄像头对集水井、好氧池和气浮池负责对对应区域进行安防监控,摄像头提供图片和视频素材,DO数据采集模块、PH值采集模块对负责提供水质参数。数据汇总系统对参数统一进行数据的收集,进行数据的归一化预处理,制作成可供神经网络算法识别的数据集,并按照70%、20%、10%的比例分别划分为训练集、测试集、验证集作为原始数据供给数据分析系统进行模型训练。数据分析系统中的危险数值系统对采集的数值和图像进行对比,从而分析出数值是否合格,图像是否出现危险情况,缺氧池的水质传感器的数据和采集图像经过训练得到水质预测AI模型,当预测结果出现异常值,水质预测AI模型根据从数据汇总系统读取到的水质数据进行预测,将计算出的最优DO、PH值反馈信号给PLC模块,PLC模块根据接收到的最优DO、PH值分别对离心泵和自动加药装置进行状态调整;安装于好氧池的在线DO仪监测的水质数据反馈给PLC模块,水质预测AI模型根据读取到的水质数据进行预测,将计算出的最优DO值反馈信号给PLC模块,PLC模块根据接收到的最优DO值对罗茨鼓风机进行状态调整;安装于气浮池的摄像头实时反馈视频流数据给PLC模块,目标检测AI模型根据从数据汇总系统读取到的气浮池视频流进行预测,当预测结果出现异常值,则反馈信号给PLC模块,PLC模块根据接收到的异常值进行报警和螺杆泵、叠螺机的状态调整;安装于集水井的摄像头实时反馈视频流数据给PLC模块,目标检测AI模型根据从数据汇总系统读取到的视频进行预测,当预测结果出现异常值,则反馈信号给PLC模块,PLC模块根据从接收到的异常值进行报警,并推送消息给当班负责人。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种人工智能污水运营系统,包括数据汇总系统、数据分析系统、PLC模块和调控系统,其特征在于:所述数据汇总系统与数据分析系统双向数据连接,所述数据分析系统的输出端与PLC模块的输入端进行数据连接,PLC模块的输出端与调控系统的输入端电性连接,数据分析系统包括危险数值系统、第一AI模块和第二AI模块;
其中,数据汇总系统将污水系统中不断变化的污水数值进行采集和汇总,图片视频和数据均以归一化进行预处理,按照7:2:1的比例对数据集进行划分,生成训练集、测试集、验证集;
调控系统通过PLC模块的指令对不同设备进行相应调控;
数据分析模块通过对人工智能对数据进行分析,从而实现最佳运行数据的计算;
危险数值系统设备运行时较为危险的数值和图像信息便会被触发,从而提示人工智能进行快速的判断;
第一AI模块通过卷积神经网络算法对数据集和预处理方式训练出目标检测的AI模型,用于生活污水处理厂的安防监控和重点工艺的过程监控并进行运算,提供给PLC模块让其可以进行设备的调控;
第二AI模块通过深度循环神经网络算法对数据集和预处理方式训练出数值预测的AI模型,用于根据从数据汇总系统读取到的实时水质数据计算出当前最优的水质参数,下发给PLC模块进行终端设备的状态变更。
2.根据权利要求1所述的一种人工智能污水运营系统,其特征在于:所述数据汇总系统包括缺氧池系统、好氧池系统、气浮池系统和集水井摄像头,缺氧池系统包括DO数据采集模块、PH值采集模块,好氧池系统包括DO数据采集模块和好氧池摄像头,气浮池系统包括液位采集模块和气浮池摄像头。
3.根据权利要求1所述的一种人工智能污水运营系统,其特征在于:所述调控系统包括缺氧池控制系统、气浮池控制系统、集水井异常报警装置和好氧池罗茨鼓风机。
4.根据权利要求3所述的一种人工智能污水运营系统,其特征在于:所述缺氧池控制系统包括离心泵和加药装置。
5.根据权利要求3所述的一种人工智能污水运营系统,其特征在于:所述气浮池控制系统包括螺杆泵和叠螺机。
6.根据权利要求1所述的一种人工智能污水运营系统,其特征在于:所述危险数值系统包括集水井影响对比模块、缺氧池数值对比模块、好氧池数值图像对比模块和气浮池数值图像对比模块;
其中,集水井影响对比模块用于对集水井摄像头采集的图像进行对比,从而判断出危险情况;
缺氧池数值对比模块用于对DO数据采集模块、PH值采集模块采集的数值进行对比,从而判断该数值是否超标;
好氧池数值对比模块对DO数据采集模块采集的数值进行比对,对好氧池摄像头采集的图像信息进行比对,从而判断数值是否超标,判断采集的图像是否出现危险状态;
气浮池数值图像对比模块对液位采集模块的数值进行比对,对气浮池摄像头采集的图像信息进行比对。
7.根据权利要求1所述的一种人工智能污水运营系统,其特征在于:所述缺氧池系统包括DO数据采集模块和PH值采集模块。
8.根据权利要求1所述的一种人工智能污水运营系统,其特征在于:所述好氧池系统包括DO数值采集模块和好氧池摄像头。
9.根据权利要求1所述的一种人工智能污水运营系统,其特征在于:所述气浮池系统包括液位采集模块和气浮池摄像头。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201218 |
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