CN113620411B - 一种生物滤池恒水位控制方法和装置 - Google Patents

一种生物滤池恒水位控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生物滤池恒水位控制方法和装置，该方法包括获取待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间；采集待调节生物滤池的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度；根据预设液位高度、水力停留时间、当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节。本方案能够快速稳定生物滤池内的水位，保证曝气生物滤池长期稳定运行。

Description

一种生物滤池恒水位控制方法和装置
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种生物滤池恒水位控制方法和装置。
背景技术
曝气生物滤池是一种新型污水生物处理技术，采用集中鼓风曝气系统和集中供水供气形式的气水联合上、下冲洗系统，可以用于SS去除、有机物去除、硝化除氨、反硝化脱氮和除磷，有效解决了水源水高氨氮和有机微污染问题。原水经高速给水曝气生物滤池预处理后接入后续常规的混凝、沉淀、过滤、消毒的处理系统。高速给水曝气生物滤池预处理工艺净化效率高、占地面积小，确保了水厂出水水质达到生活饮用水标准。该工艺不仅要求生物滤池内的水位高低能够根据触摸屏的设置进行调整，调节前后水力停留时间保持不变，并控制过滤周期内水位保持不变。
国内的曝气生物滤池的控制多数采用功能单一的手动控制系统，其控制精度较低；在自动控制方面，目前可编程逻辑控制器(PLC)在国内外污水厂应用较为广泛，该系统可实现集散控制，系统稳定、操作简便等，但PLC在实时监控方面功能没有全面完善，且每个生物滤池都需配备一个从站PLC，每个从站PLC通过通信网络与主站PLC连接，再与控制中心联网，导致系统庞大、复杂、成本高，同时也使得设备操作、维护不方便。
因此，针对以上不足，需要提供一种解决以上问题的生物滤池恒水位控制方法和装置。
发明内容
本发明提供了一种生物滤池恒水位控制方法和装置，能够快速稳定生物滤池内的水位，保证曝气生物滤池长期稳定运行。
第一方面，本发明提供了一种生物滤池恒水位控制方法，该方法包括：
获取待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间；
采集所述待调节生物滤池的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度；
根据所述预设液位高度、所述水力停留时间、所述当前液位高度、所述进水阀的第一开度和所述出水阀的第二开度，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节。
可选地，根据所述预设液位高度、所述当前液位高度、所述进水阀的第一开度和所述出水阀的第二开度，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节，包括：
判断所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第一预设阈值；
若是，则根据第一预设算法，重新确定所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度；其中，所述第三开度不大于所述进水阀的最大开度，所述第四开度不大于所述出水阀的最大开度；
若否，则判断所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第二预设阈值；其中，所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值；
当所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值的绝对值大于所述第二预设阈值且不大于所述第一预设阈值时，则根据第二预设算法，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节。
可选地，重新确定所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度，包括：
所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度分别通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000021
Figure BDA0003239970470000022
其中，x3和x1分别用于表示所述进水阀的第三开度和第一开度；f(x3)用于表征所述第三开度对应的进水流量；f(x1)用于表征所述第一开度对应的进水流量；f()用于表征进水阀的开度与进水流量之间的关系；x4和x2分别用于表征所述出水阀的第四开度和第二开度；g(x4)用于表征所述第四开度对应的出水流量；g(x2)用于表征所述第二开度对应的出水流量；g()用于表征出水阀的开度与出水流量之间的关系；H1用于表征所述当前液位高度；H2用于表征所述预设液位高度；S用于表征所述待调节生物滤池的面积；T0用于表征所述水力停留时间。
可选地，在重新确定所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度之后，还包括：
判断所述预设液位高度是否大于所述当前液位高度；
当所述预设液位高度大于所述当前液位高度时，判断所述第三开度是否大于所述第一开度；
如果是，则将所述进水阀的开度调节为所述第三开度，并在调节之后到达所述水力停留时间时，将所述出水阀的开度调节为所述第四开度；
如果否，则将所述出水阀的开度调节为所述第四开度，并在调节之后到达所述水力停留时间时，将所述进水阀的开度调节为所述第三开度。
可选地，在重新确定所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度之后，还包括：
判断所述预设液位高度是否大于所述当前液位高度；
当所述预设液位高度不大于所述当前液位高度时，判断所述第三开度是否大于所述第一开度；
如果是，则将所述出水阀的开度调节为所述第四开度，并在调节之后到达所述水力停留时间时，将所述进水阀的开度调节为所述第三开度；
如果否，则将所述进水阀的开度调节为所述第三开度，并在调节之后到达所述水力停留时间时，将所述出水阀的开度调节为所述第四开度。
可选地，根据第二预设算法，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节，包括：
根据第二预设算法，重新确定所述进水阀的第五开度和所述出水阀的第六开度；
其中，所述第五开度通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000031
其中，x5和x1分别用于表示所述进水阀的第五开度和第一开度；f(x5)用于表征所述第五开度对应的进水流量；f(x1)用于表征所述第一开度对应的进水流量；f()用于表征进水阀的开度与进水流量之间的关系；kp1用于表征进水阀的比例系数；h(t)用于表征所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值；Ta1用于表征进水阀的积分时间系数；Tb1用于表征进水阀的微分时间系数；
其中，所述第六开度通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000041
其中，x6和x2分别用于表征所述出水阀的第六开度和第二开度；g(x6)用于表征所述第六开度对应的出水流量；g(x2)用于表征所述第二开度对应的出水流量；g()用于表征出水阀的开度与出水流量之间的关系；kp2用于表征出水阀的比例系数；h(t)用于表征所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值；Ta2用于表征出水阀的积分时间系数；Tb2用于表征出水阀的微分时间系数。
可选地，所述进水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数通过如下方法确定：
将所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值输入预先训练的进水阀目标参数预测模型中；
得到包括比例系数、积分时间系数和微分时间系数的组合参数；
其中，所述进水阀目标参数预测模型通过至少两组第一样本集训练得到，每一组第一样本集中包括作为输入的所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值以及作为输出的对应进水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数。
可选地，所述出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数通过如下方法确定：
将所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值输入预先训练的出水阀目标参数预测模型中；
得到包括比例系数、积分时间系数和微分时间系数的组合参数；
其中，所述出水阀目标参数预测模型通过至少两组第二样本集训练得到，每一组第二样本集中包括作为输入的所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值以及作为输出的对应出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数。
第二方面，本发明提供了一种生物滤池恒水位控制装置，该装置包括：获取模块，用于获取待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间；
采集模块，用于采集所述待调节生物滤池的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度；
处理模块，用于根据由所述获取模块获取到的所述预设液位高度、所述水力停留时间以及由所述采集模块所采集的所述当前液位高度、所述进水阀的第一开度和所述出水阀的第二开度，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一第一方面所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一第一方面所述的方法。
本发明实施例提供了一种生物滤池恒水位控制方法和装置，该方法首先获取待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间，再采集该待调节生物滤池当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，然后基于预设液位高度、水力停留时间、当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节。如此，则能够根据实时采集到的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，将当前液位高度动态调节至预设液位高度，快速稳定生物滤池内的水位，实现自动控制水位，避免手动调节控制精度较低的问题，从而能够保证曝气生物滤池长期稳定运行，提高了生物滤池的处理效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种生物滤池恒水位控制方法流程图；
图2是本发明一实施例提供的一种计算设备的硬件架构图；
图3是本发明一实施例提供的一种生物滤池恒水位控制装置的结构图；
图4是本发明一实施例提供的另一种生物滤池恒水位控制装置的结构图；
图5是本发明一实施例提供的一种生物滤池恒水位控制系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种生物滤池恒水位控制方法，该方法包括：
步骤100，获取待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间；
步骤102，采集待调节生物滤池的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度；
步骤104，根据预设液位高度、水力停留时间、当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节。
在本发明实施例中，通过先获取待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间，再采集该待调节生物滤池当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，然后基于预设液位高度、水力停留时间、当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节。如此，则能够根据实时采集到的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，将当前液位高度动态调节至预设液位高度，快速稳定生物滤池内的水位，实现自动控制水位，避免手动调节控制精度较低的问题，从而能够保证曝气生物滤池长期稳定运行，提高了生物滤池的处理效率。
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
首先，针对步骤100，在生物滤池反应器中，水力停留时间是需要根据经验值来确定的，本申请中的水力停留时间是预先设置的，从而在保证水力停留时间的基础上，使生物滤池在预设液位高度下达到进水与出水的平衡。
具体地，步骤100为获取至少一个待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间，即针对每一个待调节生物滤池，均可以执行步骤100至步骤104的步骤。如此，在本发明中，则能够同时实现对多个生物滤池的恒水位控制，而无需单独为每个滤池分别配制控制器或采用PLC控制，极大地节约了成本。
在一些实施方式中，在步骤104中，根据预设液位高度、水力停留时间、当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节，包括：
判断预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第一预设阈值；
若是，则根据第一预设算法，重新确定进水阀的第三开度和出水阀的第四开度；其中，第三开度不大于进水阀的最大开度，第四开度不大于出水阀的最大开度；
若否，则判断预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第二预设阈值；其中，第二预设阈值小于第一预设阈值；
当预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值大于第二预设阈值且不大于第一预设阈值时，则根据第二预设算法，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节。
在本发明实施例中，采用粗调和细调相结合的控制方法，当预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值大于第一预设阈值时，即液位差相差较大时，则基于第一预设算法，重新确定进水阀的第三开度和出水阀的第四开度，完成粗调；但当预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值不大于第一预设阈值，且大于第二预设阈值时，即液位差相差较小时，需要基于第二预设算法对进水阀的开度和出水阀的开度进行微调，直至该差值小于第二预设阈值，即达到恒水位时为止，完成细调。综上所述，在保证水力停留时间的前提下，能够根据预设液位高度，及时且自动控制进水阀的开度和出水阀的开度，并通过第一预设算法和第二预设算法精准控制生物滤池的液位，达到快速稳定生物滤池内的水位，保证曝气生物滤池长期稳定运行，提高了生物滤池的处理效率。
在一些实施方式中，重新确定进水阀的第三开度和出水阀的第四开度，包括：
进水阀的第三开度和出水阀的第四开度分别通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000081
Figure BDA0003239970470000082
其中，x3和x1分别用于表示进水阀的第三开度和第一开度；f(x3)用于表征第三开度对应的进水流量；f(x1)用于表征第一开度对应的进水流量；f()用于表征进水阀的开度与进水流量之间的关系；x4和x2分别用于表征出水阀的第四开度和第二开度；g(x4)用于表征第四开度对应的出水流量；g(x2)用于表征第二开度对应的出水流量；g()用于表征出水阀的开度与出水流量之间的关系；H1用于表征当前液位高度；H2用于表征预设液位高度；S用于表征待调节生物滤池的面积；T0用于表征水力停留时间。
需要说明的是，f()、g()则用于表征流量特性与阀门开度之间的关系，进水阀与出水阀的流量特性可以相同，可以不同；且阀门固有的流量特性取决于阀芯形状，不同的流量特性会有不同的阀门开度。例如，可以为快开流量特性、线性流量特性或等百分比流量特性。此外，第三开度不大于进水阀的最大开度，且不小于进水阀的最小开度；第四开度不大于出水阀的最大开度，且不小于出水阀的最小开度。
在本发明实施例中，当预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值大于第一预设阈值时，即液位差相差较大时，基于上述公式，通过当前液位高度、预设液位高度和待调节生物滤池的面积，计算需补充或抽去的水量，然后基于水力停留时间准确地计算得到进水阀的第三开度和出水阀的第四开度。
在一些实施方式中，在重新确定进水阀的第三开度和出水阀的第四开度之后，还包括：
判断预设液位高度是否大于当前液位高度；
当预设液位高度大于当前液位高度时，判断第三开度是否大于第一开度；
如果是，则将进水阀的开度调节为第三开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将出水阀的开度调节为第四开度；
如果否，则将出水阀的开度调节为第四开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将进水阀的开度调节为第三开度。
在本发明中，当预设液位高度大于当前液位高度时，通过上述公式可以计算得到两个不同的第三开度和两个不同的第四开度，当计算得到的第三开度不大于进水阀的最大开度，且不小于进水阀的最小开度；同时计算得到的第四开度不大于出水阀的最大开度，且不小于出水阀的最小开度时，则存在两种调节液位的方式：
第一种调节方式，当第三开度大于第一开度，先增大进水流量以提高液面至预设液位高度，再调节出水流量以保证水位恒定在预设液位高度；具体地，将进水阀的开度调节为第三开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将出水阀的开度调节为第四开度；
第二种调节方式，当第三开度不大于第一开度，先降低出水流量以提高液面至预设液位高度，再调节进水流量以保证水位恒定在预设液位高度；具体地，将出水阀的开度调节为第四开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将进水阀的开度调节为第三开度。
在一些实施方式中，在重新确定进水阀的第三开度和出水阀的第四开度之后，还包括：
判断预设液位高度是否大于当前液位高度；
当预设液位高度不大于当前液位高度时，判断第三开度是否大于第一开度；
如果是，则将出水阀的开度调节为第四开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将进水阀的开度调节为第三开度；
如果否，则将进水阀的开度调节为第三开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将出水阀的开度调节为第四开度。
在本发明中，当预设液位高度不大于当前液位高度时，通过上述公式可以计算得到两个不同的第三开度和两个不同的第四开度，当计算得到的第三开度不大于进水阀的最大开度，且不小于进水阀的最小开度；同时计算得到的第四开度不大于出水阀的最大开度，且不小于出水阀的最小开度时，则存在两种调节液位的方式：
第一种调节方式，当第三开度大于第一开度，先增大出水流量以降低液面至预设液位高度，再调节进水流量以保证水位恒定在预设液位高度；具体地，将出水阀的开度调节为第四开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将进水阀的开度调节为第三开度；
第二种调节方式，当第三开度不大于第一开度，先降低进水流量以降低液面至预设液位高度，再调节出水流量以保证水位恒定在预设液位高度；具体地，将进水阀的开度调节为第三开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将出水阀的开度调节为第四开度。
在一些实施方式中，在按照上述调节方式对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节之后，还包括判断预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第二预设阈值；其中，第二预设阈值小于第一预设阈值；
如果是，则需根据第二预设算法，重新确定进水阀的开度和出水阀的开度；如果否，则完成对待调节生物滤池恒水位的控制。
如此，在本发明中，当粗调后液位高度不能达到预设液位高度时，则会进一步基于第二预设算法进行细调，从而实现对待调节生物滤池液位的精准控制。
在一些实施方式中，根据第二预设算法，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节，包括：
根据第二预设算法，重新确定进水阀的第五开度和出水阀的第六开度；
其中，第五开度通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000111
其中，x5和x1分别用于表示进水阀的第五开度和第一开度；f(x5)用于表征第五开度对应的进水流量；f(x1)用于表征第一开度对应的进水流量；f()用于表征进水阀的开度与进水流量之间的关系；kp1用于表征进水阀的比例系数；h(t)用于表征预设液位高度与当前液位高度之间的差值；Ta1用于表征进水阀的积分时间系数；Tb1用于表征进水阀的微分时间系数；
其中，第六开度通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000112
其中，x6和x2分别用于表征出水阀的第六开度和第二开度；g(x6)用于表征第六开度对应的出水流量；g(x2)用于表征第二开度对应的出水流量；g()用于表征出水阀的开度与出水流量之间的关系；kp2用于表征出水阀的比例系数；h(t)用于表征预设液位高度与当前液位高度之间的差值；Ta2用于表征出水阀的积分时间系数；Tb2用于表征出水阀的微分时间系数。
在本发明中，为了精准地实现对待调节生物滤池的预设液位高度的控制，还可以通过上述公式基于反馈进行更进一步的细调，提高待调节生物滤池的控制精度。
在一些实施方式中，进水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数通过如下方法确定：
将预设液位高度与当前液位高度之间的差值输入预先训练的进水阀目标参数预测模型中；
得到包括比例系数、积分时间系数和微分时间系数的组合参数；
其中，进水阀目标参数预测模型通过至少两组第一样本集训练得到，每一组第一样本集中包括作为输入的预设液位高度与当前液位高度之间的差值以及作为输出的对应进水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数。
在一些实施方式中，出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数通过如下方法确定：
将预设液位高度与当前液位高度之间的差值输入预先训练的出水阀目标参数预测模型中；
得到包括比例系数、积分时间系数和微分时间系数的组合参数；
其中，出水阀目标参数预测模型通过至少两组第二样本集训练得到，每一组第二样本集中包括作为输入的预设液位高度与当前液位高度之间的差值以及作为输出的对应出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数。
为了能够精准地确定进水阀的第五开度和出水阀的第六开度，需要实时获取待调节生物滤池中的预设液位高度与当前液位高度之间的差值，以确定影响恒水位控制的分别对应进水阀和出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数。
更具体地，在一些实施方式中，进水阀目标参数预测模型通过如下方法得到：
获取待调节生物滤池在历史时间内的每组组合参数分别对应的预设液位高度和当前液位高度的液位差值；
根据各组组合参数和相应的组合参数对应的液位差值，生成训练集和测试集；其中，训练集和测试集均包括作为输入的预设液位高度与当前液位高度之间的液位差值以及作为输出的组合参数；
利用训练集对神经网络进行训练，得到初始参数预测模型；
将训练集中的液位差值输入初始参数预测模型中，得到预测组合参数；
如果预测组合参数与训练集中对应该液位差值的组合参数之间的差值小于预设参数阈值，则确定初始参数预测模型为进水阀目标参数预测模型。
在本发明中，基于神经网络训练得到参数预测模型能够获得具有最佳组合的比例系数、积分时间系数和微分时间系数，从而提高所确定的进水阀或出世法的准确性，进一步提高液位的控制精度，缩短响应时间。同样地，出水阀可以采用上述方法得到。
如图2、图3所示，本发明实施例提供了一种生物滤池恒水位控制装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图2所示，为本发明实施例提供的一种生物滤池恒水位控制装置所在计算设备的一种硬件架构图，除了图2所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的计算设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等。以软件实现为例，如图3所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在计算设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种生物滤池恒水位控制装置，包括：
获取模块301，用于获取待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间；
采集模块302，用于采集待调节生物滤池的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度；
处理模块303，用于根据由获取模块301获取到的预设液位高度、水力停留时间以及由采集模块302所采集的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节。
在本发明的一个实施例中，处理模块303，还用于执行如下操作：
判断预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第一预设阈值；
若是，则根据第一预设算法，重新确定进水阀的第三开度和出水阀的第四开度；其中，第三开度不大于进水阀的最大开度，第四开度不大于出水阀的最大开度；
若否，则判断预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第二预设阈值；其中，第二预设阈值小于第一预设阈值；
当预设液位高度与当前液位高度之间的差值的绝对值大于第二预设阈值且不大于第一预设阈值时，则根据第二预设算法，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节。
在本发明的一个实施例中，处理模块303，还用于执行如下操作：
进水阀的第三开度和出水阀的第四开度分别通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000131
Figure BDA0003239970470000132
其中，x3和x1分别用于表示进水阀的第三开度和第一开度；f(x3)用于表征第三开度对应的进水流量；f(x1)用于表征第一开度对应的进水流量；f()用于表征进水阀的开度与进水流量之间的关系；x4和x2分别用于表征出水阀的第四开度和第二开度；g(x4)用于表征第四开度对应的出水流量；g(x2)用于表征第二开度对应的出水流量；g()用于表征出水阀的开度与出水流量之间的关系；H1用于表征当前液位高度；H2用于表征预设液位高度；S用于表征待调节生物滤池的面积；T0用于表征水力停留时间。
在本发明的一个实施例中，该装置还包括调节模块，该调节模块用于执行如下操作：
判断预设液位高度是否大于当前液位高度；
当预设液位高度大于当前液位高度时，判断第三开度是否大于第一开度；
如果是，则将进水阀的开度调节为第三开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将出水阀的开度调节为第四开度；
如果否，则将出水阀的开度调节为第四开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将进水阀的开度调节为第三开度。
在本发明的一个实施例中，调节模块，还用于执行如下操作：
判断预设液位高度是否大于当前液位高度；
当预设液位高度不大于当前液位高度时，判断第三开度是否大于第一开度；
如果是，则将出水阀的开度调节为第四开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将进水阀的开度调节为第三开度；
如果否，则将进水阀的开度调节为第三开度，并在调节之后到达水力停留时间时，将出水阀的开度调节为第四开度。
在本发明的一个实施例中，处理模块303，还用于执行如下操作：
根据第二预设算法，对进水阀的开度和出水阀的开度进行调节，包括：
根据第二预设算法，重新确定进水阀的第五开度和出水阀的第六开度；
其中，第五开度通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000141
其中，x5和x1分别用于表示进水阀的第五开度和第一开度；f(x5)用于表征第五开度对应的进水流量；f(x1)用于表征第一开度对应的进水流量；f()用于表征进水阀的开度与进水流量之间的关系；kp1用于表征进水阀的比例系数；h(t)用于表征预设液位高度与当前液位高度之间的差值；Ta1用于表征进水阀的积分时间系数；Tb1用于表征进水阀的微分时间系数；
其中，第六开度通过如下公式确定：
Figure BDA0003239970470000151
其中，x6和x2分别用于表征出水阀的第六开度和第二开度；g(x6)用于表征第六开度对应的出水流量；g(x2)用于表征第二开度对应的出水流量；g()用于表征出水阀的开度与出水流量之间的关系；kp2用于表征出水阀的比例系数；h(t)用于表征预设液位高度与当前液位高度之间的差值；Ta2用于表征出水阀的积分时间系数；Tb2用于表征出水阀的微分时间系数。
在本发明的一个实施例中，该装置还包括系数确定模块，该系数确定模块用于执行如下操作：
进水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数通过如下方法确定：
将预设液位高度与当前液位高度之间的差值输入预先训练的进水阀目标参数预测模型中；
得到包括比例系数、积分时间系数和微分时间系数的组合参数；
其中，进水阀目标参数预测模型通过至少两组第一样本集训练得到，每一组第一样本集中包括作为输入的预设液位高度与当前液位高度之间的差值以及作为输出的对应进水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数。
在本发明的一个实施例中，系数确定模块，还用于执行如下操作：
出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数通过如下方法确定：
将预设液位高度与当前液位高度之间的差值输入预先训练的出水阀目标参数预测模型中；
得到包括比例系数、积分时间系数和微分时间系数的组合参数；
其中，出水阀目标参数预测模型通过至少两组第二样本集训练得到，每一组第二样本集中包括作为输入的预设液位高度与当前液位高度之间的差值以及作为输出的对应出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数。
在本发明的一个实施例中，该装置还包括模型训练模块，该模型训练模块用于执行如下操作：
针对进水阀，获取待调节生物滤池在历史时间内的每组组合参数分别对应的预设液位高度和当前液位高度的液位差值；
根据各组组合参数和相应的组合参数对应的液位差值，生成训练集和测试集；其中，训练集和测试集均包括作为输入的预设液位高度与当前液位高度之间的液位差值以及作为输出的组合参数；
利用训练集对神经网络进行训练，得到初始参数预测模型；
将训练集中的液位差值输入初始参数预测模型中，得到预测组合参数；
如果预测组合参数与训练集中对应该液位差值的组合参数之间的差值小于预设参数阈值，则确定初始参数预测模型为进水阀目标参数预测模型。
在本发明中，生物滤池恒水位控制装置还可以包括：数字信号处理器、电源、稳压器、存储芯片、同步动态随机存储器、接口芯片、以太网物理层PHY接口芯片和转换电路；其中，数字信号处理器用于执行上述生物滤池恒水位控制方法，数字信号处理器中包括获取模块、采集模块和处理模块；
数字信号处理器分别与稳压器、存储芯片、同步动态随机存储器、接口芯片、以太网物理层PHY接口芯片和转换电路相连接。
需要说明的是，转换电路包括四通道同步A/D采样电路、四通道D/A转换电路、四路V/I变换电路；四通道D/A转换电路与四路V/I变换电路相连接。
具体地，例如，如图4所示的一种生物滤池恒水位控制装置的结构图。在图4中，数字信号处理器(1)选用TI的TMS320F28335型号的处理器；开关电源模块(电源，2)实现DC24V输入电源转换为DC5V电源的功能，为数字信号处理器供电；两个LDO稳压器(3和4)分别用于实现将DC5V电源转换为DC3.3V和DC1.8V的电源，DC3.3V和DC1.8V电源分别为数字信号处理器的周边单元和核心单元供电；FLASH(存储芯片，4)和SDRAM(同步动态随机存储器，5)分别为数字信号处理器提供扩展的程序存储器和数据存储器；USB接口电路(接口芯片，7)为生物滤池恒水位控制装置提供USB接口，通过USB接口可实现装置的参数配置、固件更新等功能；以太网PHY接口(以太网物理层PHY接口芯片，8)为该装置提供以太网接口，通过以太网接口与控制中心联网，进而实现数据上传、接收控制命令、远程监控、远程固件维护升级等功能；双八通道同步A/D采样电路(转换电路，9)用于实现与本装置相连接的至少两个液位传感器的0～5V电压传感器信号、至少一个进水流量计的流量、至少一个出水流量计共多路信号的同步采样，使得多个待调节生物滤池能够同步控制，无时延，提高了整个系统的控制精度和实时性；双八通道同步A/D采样电路选用ADI公司的AD7606B型号；四通道D/A转换电路(转换电路，10，12)和四路V/I变换电路(转换电路，11,13)实现4～20mA电流传感器信号的输出，来分别控制进水阀和出水阀的阀开度，其中四通道D/A转换电路实现0～5V模拟信号的输出，四路V/I变换电路实现0～5V电压信号与4～20mA电流信号的变换；四通道D/A转换电路选用ADI公司的LTC2664型号，四路V/I变换电路选用TI公司的V/I转换芯片XTR111型号；RS485接口芯片(接口芯片，14)实现系统电平与RS485电平转换，与触摸屏(15)通过RS485接口相连；触摸屏作为该装置的人机接口设备，实现参数设置、显示、控制操作等功能。
本发明还提供了一种生物滤池恒水位控制系统。该系统包括：上述任一实施例所提供的生物滤池恒水位控制装置、至少一个待调节生物滤池和至少两个电磁阀；
电磁阀分别与待调节生物滤池和生物滤池恒水位控制装置相连接；
电磁阀通过调节开度大小实现对所述待调节生物滤池的液位的调节；其中，电磁阀位于所述待调节生物滤池的进水管路和出水管路上。
在一些实施方式中，如图5所示，一种生物滤池恒水位控制系统，以四个待调节生物滤池的场景为例，该系统包括生物滤池恒水位控制装置以及四组分别与四个待调节生物滤池相配套连接的受控机构，受控机构包括进水泵、进水阀、进水流量计、液位计、出水阀、出水流量计，其中生物滤池恒水位控制装置分别与进水阀、出水阀和液位计相连接。每组受控机构包括沿水路依次设置的进水泵501、进水阀502、进水流量计503、液位计504、出水阀505、出水流量计506，液位计506设置在生物滤池中，进水阀502、进水流量计503设置在进水泵501与待调节生物滤池之间的管道上，出水阀505、出水流量计506设置在待调节生物滤池与混凝池之间的管道上，生物滤池与混凝池连通，经待调节生物滤池过滤的源水进入混凝池进行处理。
需要说明的是，图5中并没有示出与进水阀、出水阀和液位计相连接的生物滤池恒水位控制装置。
在本发明中，通过生物滤池恒水位控制系统可进行多个滤池的恒水位控制，无需单独为每个滤池分别采用控制器或PLC控制，节约成本、经济性好；而且采用多路同步采样和同步控制技术，使得该控制系统无时延，响应及时；同时，该系统结构简单、可靠性高、操作维护方便。
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种生物滤池恒水位控制装置和系统的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种生物滤池恒水位控制装置和系统可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种生物滤池恒水位控制方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种生物滤池恒水位控制方法。
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种生物滤池恒水位控制方法，其特征在于，包括：
获取待调节生物滤池的预设液位高度和水力停留时间；
采集所述待调节生物滤池的当前液位高度、进水阀的第一开度和出水阀的第二开度；
根据所述预设液位高度、所述水力停留时间、所述当前液位高度、所述进水阀的第一开度和所述出水阀的第二开度，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节；
根据所述预设液位高度、所述水力停留时间、所述当前液位高度、所述进水阀的第一开度和所述出水阀的第二开度，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节，包括：
判断所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第一预设阈值；
若是，则根据第一预设算法，重新确定所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度；其中，所述第三开度不大于所述进水阀的最大开度，所述第四开度不大于所述出水阀的最大开度；
所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度分别通过如下公式确定：
Figure FDA0004199322650000011
其中，x3和x1分别用于表示所述进水阀的第三开度和第一开度；f(x3)用于表征所述第三开度对应的进水流量；f(x1)用于表征所述第一开度对应的进水流量；f()用于表征进水阀的开度与进水流量之间的关系；x4和x2分别用于表征所述出水阀的第四开度和第二开度；g(x4)用于表征所述第四开度对应的出水流量；g(x2)用于表征所述第二开度对应的出水流量；g()用于表征出水阀的开度与出水流量之间的关系；H1用于表征所述当前液位高度；H2用于表征所述预设液位高度；S用于表征所述待调节生物滤池的面积；T0用于表征所述水力停留时间；
若否，则判断所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值的绝对值是否大于第二预设阈值；其中，所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值；
当所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值的绝对值大于所述第二预设阈值且不大于所述第一预设阈值时，则根据第二预设算法，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在重新确定所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度之后，还包括：
判断所述预设液位高度是否大于所述当前液位高度；
当所述预设液位高度大于所述当前液位高度时，判断所述第三开度是否大于所述第一开度；
如果是，则将所述进水阀的开度调节为所述第三开度，并在调节之后到达所述水力停留时间时，将所述出水阀的开度调节为所述第四开度；
如果否，则将所述出水阀的开度调节为所述第四开度，并在调节之后到达所述水力停留时间时，将所述进水阀的开度调节为所述第三开度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在重新确定所述进水阀的第三开度和所述出水阀的第四开度之后，还包括：
判断所述预设液位高度是否大于所述当前液位高度；
当所述预设液位高度不大于所述当前液位高度时，判断所述第三开度是否大于所述第一开度；
如果是，则将所述出水阀的开度调节为所述第四开度，并在调节之后到达所述水力停留时间时，将所述进水阀的开度调节为所述第三开度；
如果否，则将所述进水阀的开度调节为所述第三开度，并在调节之后到达所述水力停留时间时，将所述出水阀的开度调节为所述第四开度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第二预设算法，对所述进水阀的开度和所述出水阀的开度进行调节，包括：
根据第二预设算法，重新确定所述进水阀的第五开度和所述出水阀的第六开度；
其中，所述第五开度通过如下公式确定：
Figure FDA0004199322650000031
其中，x5和x1分别用于表示所述进水阀的第五开度和第一开度；f(x5)用于表征所述第五开度对应的进水流量；f(x1)用于表征所述第一开度对应的进水流量；f()用于表征进水阀的开度与进水流量之间的关系；kp1用于表征进水阀的比例系数；h(t)用于表征所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值；Ta1用于表征进水阀的积分时间系数；Tb1用于表征进水阀的微分时间系数；
其中，所述第六开度通过如下公式确定：
Figure FDA0004199322650000032
其中，x6和x2分别用于表征所述出水阀的第六开度和第二开度；g(x6)用于表征所述第六开度对应的出水流量；g(x2)用于表征所述第二开度对应的出水流量；g()用于表征出水阀的开度与出水流量之间的关系；kp2用于表征出水阀的比例系数；h(t)用于表征所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值；Ta2用于表征出水阀的积分时间系数；Tb2用于表征出水阀的微分时间系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述进水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数通过如下方法确定：
将所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值输入预先训练的进水阀目标参数预测模型中；
得到包括比例系数、积分时间系数和微分时间系数的组合参数；
其中，所述进水阀目标参数预测模型通过至少两组第一样本集训练得到，每一组第一样本集中包括作为输入的所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值以及作为输出的对应进水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数；
和/或
所述出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数通过如下方法确定：
将所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值输入预先训练的出水阀目标参数预测模型中；
得到包括比例系数、积分时间系数和微分时间系数的组合参数；
其中，所述出水阀目标参数预测模型通过至少两组第二样本集训练得到，每一组第二样本集中包括作为输入的所述预设液位高度与所述当前液位高度之间的差值以及作为输出的对应出水阀的比例系数、积分时间系数和微分时间系数。
6.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-5中任一项所述的方法。
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