一體化污水預(yù)制泵站的優(yōu)化控制

一體化污水預(yù)制泵站的優(yōu)化控制
 

在環(huán)境污染中，空氣污染和水污染是大的問(wèn)題。造成嚴(yán)重污染的原因很多，國(guó)內(nèi)一些中小企業(yè)，不重視保護(hù)環(huán)境。甚至凈化污染物的設(shè)備只是擺設(shè)，是為了應(yīng)付檢查而設(shè)置的,平時(shí)隨意排污。所以改善環(huán)境必須要買(mǎi)好的預(yù)制水污染的產(chǎn)品。

隨著節(jié)能減排工作的深人貫徹，對(duì)污水處理系統(tǒng)（包括廠(chǎng)區(qū)與管網(wǎng)）的運(yùn)行管理提出了史高要求，對(duì)污水處理系統(tǒng)節(jié)能減排的考核也日益嚴(yán)格，污水處理系統(tǒng)的精細(xì)化控制成為必然趨勢(shì)。
污水泵房作為污水處理系統(tǒng)中僅次于鼓風(fēng)機(jī)房的重要負(fù)荷（估計(jì)占污水處理廠(chǎng)負(fù)荷的15％-20％，占管網(wǎng)負(fù)荷的80-90％),對(duì)其控制策略的優(yōu)化是十分必要的。利用高性能儀表與PLC技術(shù)結(jié)合優(yōu)化算法，用來(lái)確定工藝參數(shù)、優(yōu)化運(yùn)行方案、預(yù)測(cè)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及采取有效的干預(yù)措施，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、低耗的運(yùn)行目的。
在此優(yōu)化控制算法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)與研發(fā)上位的智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，以泵房?jī)?yōu)化調(diào)度控制為核心，與污水處理廠(chǎng)的自控系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)管控一體化，從而實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的精細(xì)控制與節(jié)能減排。
 
常規(guī)控制原則
結(jié)合污水管網(wǎng)和處理系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)管網(wǎng)中間提升泵站和污水廠(chǎng)進(jìn)水泵房等處采用液位控制策略。采用變頻泵可使水泵的輸水量連續(xù)調(diào)節(jié)，從而避免了工頻泵組系統(tǒng)中因流量匹配而造成水泵頻繁啟停的問(wèn)題。
 
優(yōu)化控制要點(diǎn)
①對(duì)于多泵并聯(lián)母管制輸水的系統(tǒng)，應(yīng)合理劃分水泉服務(wù)區(qū)域。泵房的來(lái)水量是隨機(jī)變化的，所以泵房的實(shí)際運(yùn)行屬于一個(gè)時(shí)變的慣性系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型為：
G（s）=K/（Ts + 1）
通常情況下，將泵房的運(yùn)行區(qū)間（泵池高水位與低水位間的差值）按照配置水泵的數(shù)量分為若十個(gè)區(qū)間，即不同的運(yùn)行液位對(duì)應(yīng)了所需運(yùn)行水泵的臺(tái)數(shù)，而規(guī)劃分區(qū)時(shí)各段不是等分的。由于多泵并聯(lián)后，隨流量的增加而加大了管道損失，故不應(yīng)單純地考慮為單泵流量的疊加（各泵單獨(dú)設(shè)堰出水的情況除外）．而應(yīng)在程序設(shè)計(jì)時(shí)考慮水泵運(yùn)行曲線(xiàn)輸人的界面，并由此模擬出多臺(tái)水泵并聯(lián)后的運(yùn)行曲線(xiàn)，從而更加合理地劃分服務(wù)區(qū)。
②合理設(shè)置單泵啟動(dòng)液位和停車(chē)液位之間的回差。由于泵房液位變化的大慣性特點(diǎn)，對(duì)于單泵而言，其停泵液位應(yīng)低于開(kāi)泵液位，以避免水泵的頻繁開(kāi)、停。在液位控制時(shí)應(yīng)加人開(kāi)泵命令或停泵命令的前提判斷，即需要進(jìn)行。
 
輔助因素
①泵房的液位測(cè)量選擇盡量考慮雷達(dá)液位計(jì)。超聲波液位計(jì)與雷達(dá)液位計(jì)在工作機(jī)理．適用范圍和實(shí)際運(yùn)行效果上有所差別，雷達(dá)液位計(jì)更加適用于全天候環(huán)境下含有各類(lèi)雜質(zhì)的污水介質(zhì)，所以作為泵房控制的重要依據(jù)，建議盡量考慮采用雷達(dá)液位計(jì)作為液位量的手段。

 逐步完善專(zhuān)家系統(tǒng)。通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和趨勢(shì)分析，可得出相關(guān)的預(yù)測(cè)，并修訂整套系統(tǒng)的阻尼系數(shù)以提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性。
 
智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)
按照上述內(nèi)容，建立一個(gè)泵站優(yōu)化控制的數(shù)學(xué)模，便可以在任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上建一個(gè)實(shí)用的泵站優(yōu)化控制系統(tǒng)。在泵站硬件具備一步化控制條件下，對(duì)泵站水泵進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制。目前污水處理廠(chǎng)的控制系統(tǒng)多采用在PIX內(nèi)編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。也可以在計(jì)算或服務(wù)器上建立泵站智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用模塊，根據(jù)優(yōu)化控制算法與水泉參數(shù)以及管路參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算出水泵運(yùn)行方案，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度。與在PLC中編程實(shí)現(xiàn)相比，在上位機(jī)上通過(guò)智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度有如下優(yōu)點(diǎn)：①提供可視化的界面；②用戶(hù)可以方便地與專(zhuān)家系統(tǒng)交互，對(duì)算法進(jìn)行查詢(xún)與修改；③可與其他系統(tǒng)融合與交互；④可使用歷史數(shù)據(jù)對(duì)算法與模型進(jìn)行校正。
 
 

一體化污水預(yù)制泵站的優(yōu)化控制

系統(tǒng)架構(gòu)
 

智能優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，主要由人機(jī)界面、數(shù)據(jù)采集與下發(fā)模塊、計(jì)算引擎模塊、算法與模型四小模塊組成。
人機(jī)界面是智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)對(duì)外人機(jī)交互的接口，用戶(hù)可以通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行各項(xiàng)查詢(xún)或修改操作，系統(tǒng)也通過(guò)人界面輸出優(yōu)化控制算法的計(jì)算結(jié)果方案或者運(yùn)行與特性曲線(xiàn)。
數(shù)據(jù)采集與下發(fā)模塊是系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互的模塊，通過(guò)該模塊系統(tǒng)可以從其他系統(tǒng)，如SCADA系統(tǒng)或PLC等設(shè)備獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或下發(fā)控制命令。
算法和模型模塊負(fù)責(zé)維護(hù)系統(tǒng)的核心優(yōu)化算法，并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)加載或存儲(chǔ)模型相關(guān)參數(shù)計(jì)算引擎模塊作為智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的核心計(jì)算模塊，負(fù)責(zé)進(jìn)行在線(xiàn)優(yōu)化算法的調(diào)度運(yùn)算以及離線(xiàn)的算法與模型校正。優(yōu)化調(diào)度計(jì)算的結(jié)果可以通過(guò)人機(jī)界面或者數(shù)據(jù)庫(kù)輸出。
 
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與實(shí)施

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用編程實(shí)現(xiàn)，為獨(dú)立的桌面應(yīng)用程序，也可以作為服務(wù)運(yùn)行在后臺(tái)。在技術(shù)上，采用VS2012的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，應(yīng)用面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄總€(gè)模塊開(kāi)發(fā)為獨(dú)立的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（dll)。對(duì)外提供API接口，對(duì)于計(jì)算出的調(diào)度方案結(jié)果也可輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心為優(yōu)化制算法與模型的編程實(shí)現(xiàn)。其中·算法涉及的水泵與管路模型主要通過(guò)對(duì)污水廠(chǎng)水泵的特性參數(shù)與管路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算建立；優(yōu)化控制算法主要根據(jù)本文提出的優(yōu)化控制要點(diǎn)理論進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。
 

算法模型
 

算法模型可存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以查詢(xún)和修改。主要包含以下內(nèi)容：水泵特性參數(shù)、管路特性參數(shù)、泵房運(yùn)行參數(shù)。其中，水泵運(yùn)行參數(shù)含泵機(jī)類(lèi)型、泵機(jī)流量揚(yáng)程參數(shù)、泵機(jī)流量功率參數(shù)、泵機(jī)運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)；管路特性爹數(shù)主要指管阻系數(shù)；泵房運(yùn)行參 數(shù)主要指泵房運(yùn)行區(qū)間劃分的液位，水泵啟停液位、調(diào)頻默認(rèn)步柜等。由于泵房運(yùn)行參數(shù)與水泵以及管路特性參數(shù)相關(guān)，在水泵與管路特性參數(shù)校正后，需要同步校正泉房運(yùn)行參數(shù)。
 

優(yōu)化控制算法

 優(yōu)化控制算法主要包含在線(xiàn)優(yōu)化控制和離線(xiàn)模型校正。其中，在線(xiàn)優(yōu)化控制即主要指實(shí)時(shí)根據(jù)液位變化對(duì)泵機(jī)啟停進(jìn)行調(diào)度。離線(xiàn)模型校正，則指一定周期地根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)泵機(jī)參數(shù)與管路參數(shù)進(jìn)行校正，以確保模型與算法的準(zhǔn)確性。
 
系統(tǒng)實(shí)施
智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)各模塊可以與SCADA系統(tǒng).PI.C等設(shè)備以及數(shù)據(jù)庫(kù)等交互，可以方便地與污水處理廠(chǎng)原有的組態(tài)軟件+數(shù)據(jù)庫(kù)的自控系統(tǒng)架構(gòu)相融合。
 

提出了污水處理廠(chǎng)污水泵房一種新的優(yōu)化控制算法，該算法考慮到泵房的運(yùn)行特點(diǎn)，采用合理設(shè)置水泵服務(wù)的液位區(qū)域和水泵啟動(dòng)與停止液位回差等方式作為控制約束條件．并引人更高級(jí)的數(shù)學(xué)與控制算法．將d2l/dt2引人作為率調(diào)節(jié)（即微分系數(shù)）的縧正值，充分結(jié)合了控制理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，改善了泵機(jī)調(diào)度控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)，并設(shè)計(jì)和研發(fā)了以此優(yōu)化控制算法為核心的泵站智能優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)與污水廠(chǎng)SCADA系統(tǒng)結(jié)合，可提供管控一體化的解決方案，史好地實(shí)現(xiàn)污水處理廠(chǎng)精細(xì)控制，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)

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