污水处理厂智能控制系统(PDF 26页)
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• 神经网络（Neural Networks ）是通过模拟人脑神经元的 运行机制来进行计算的控制方法，通过自学习算法，实现 模拟复杂系统的能力，适用于具有不确定性或高度非线性 的控制对象。（也可称为软测量）
• 功能：预测实时出水水质BOD5。
• 技术要点： ☆输入输出参数的确定——相关性分析 ☆神经网络模型的构造 ☆训练算法的选择 ☆大量数据的训练、校正、再训练、再校正。。。
• 功能：提供专家诊断、专家分析和专家解决方案，以及故 障应急预案。
• 技术要点： ☆知识库的建立——专业、广泛、适用 ☆推理机的建立——针对性、结果性、可操作性
专家系统辅助决策树
专家系统模块结构
其它先进技术的应用
1
2
3
电能管理 设备管理 Web技术
模块
模块
的应用
电能管理（EM）模块
• 电能管理（Energy Management）模块以车间为单位， 可对每个车间以日或月为查询统计条件，分别进行电能监 测和成本核算。为管理者的调度管理及绩效考核提供参 考，并且能有效地将电能管理与优化调度策略结合起来， 实现反应全过程的优化控制，以及最大程度降低能耗的目 的。
城市污水处理厂智能控制与 节能管理（ ICEM）系统
KingTrol
北京金控自动化技术有限公司
目录
1 ICEM系统介绍
污 2 遗传算法
水
3 模糊控制
处
4 神经网络
理
系
5 专家系统
统
6 其它先进技术
7 商务合作及研究团队
ICEM系统介绍
• 专门用于污水处理厂优化运行和节能降耗的自动化控制系 统。通过人工智能技术，实现污水处理过程的优化运行， 同时对全厂电能消耗和设备使用情况进行实时监测和管 理，最终实现污水处理全过程节能降耗的目的。
软测量仪表的构成
软测量仪表申请专利
• 国家发明专利号：200910079704.1 • 实用新型专利号：200920106062.5
专家系统（ES）的应用
• 专家系统（Expert System）也称为基于知识的系统，是 一类包含知识和推理的智能计算机程序，其内部包含某领 域具有专家水平的知识和经验，利用专家知识库和推理 机，具备解决专门问题的能力。
• 提高管理效率，降低管理成本，减少人为风险； • 增加设备维护的规范性，降低设备故障率，延长设备使用
寿命。
设备管理（DM）模块
Web技术的应用
区域运营管理中心
全国运营管理中心
管理者、专家
Internet网络
数据 WEB 视频 第一污水处理厂
数据 WEB 视频 同样适用于监管部门！ 第二污水处理厂 同样适用于技术服务部门！
全厂用电分析图
设备管理（DM）模块
• 设备管理（Device Management）模块是对全厂的设备 和仪表等使用情况进行监控和管理，包括使用状态、运行 时间以及故障等情况，对维护记录进行存储，并提供设备 和仪表维护建议和规范的操作流程，以使管理人员对设备 和仪表的维护进行全面管理，保证设备和仪表的正常使用。
遗传算法（GA）的应用
• 遗传算法（Genetic Algorithm）是模拟达尔文的遗传选 择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型，是一种通过 模拟自然进化过程搜索最优解的方法，用于复杂系统具 有鲁棒性的优化计算。
• 功能：得到溶解氧优化控制目标曲线（值）。
• 技术要点： ☆可调节的控制目标——电费； ☆可控性的约束条件——出水水质 ☆适用性的算法
9
8
350
7
300
6
250
5
200
4 150
3
2
100
1
50
0
0
-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
TIME(min)
传统控制效果
优化控制效果
降低15-40%鼓风机能耗！
模糊控制（FC）的应用
• 模糊控制（Fuzzy Control）技术是基于模糊数学理论， 通过模拟人的近似推理和综合决策过程，使控制算法的可 控性、适应性和合理性提高。
• 10年人工智能在污水处理中应用研究成果的集中体现。
• 深度挖掘现有工艺的处理潜能，大幅降低污水处理厂升级 改造的成本。
• 利用各种先进技术，提高控制效率和管理效率，降低运营 成本。
ICEM系统特点
– 具备通用SCADA组态软件的监控特点； – 遗传算法模块（GA）生成溶解氧最优控制曲线； – 模糊控制模块（FC）实现溶解氧模糊控制； – 神经网络模块（NN）实现出水BOD5的实时测量； – 专家系统模块（ES）提供故障诊断及工艺运行指导； – 电能管理模块（EM）进行电力监测及成本核算； – 设备管理模块（DM）提供设备和仪表的维护管理； – 支持Internet远程访问，并且客户端免费; – 支持A/A/O、SBR、CASS、Carrousel等多种工艺。
4.5
6
4.0
DO
3.5
5
MLSS
3.0
4
2.5
3
2.0
进水负荷干扰
1.5
2
Data: Data1_B Model: Boltzmann
Chi^2 = 0.01039 R^2 = 0.99766
1.0
A1 -0.12481
±0.08412
1
A2 5.11378
±0.03204
x0 12.49829 ±0.18263
0.5
dx 2.48182
±0.1373
0
0.0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-5
0
5 10 15 20 25 30 35 40
Time(s)
曝气量
m3/h
模糊控制对阶跃输入的控制效果
生化池曝气量与MLSS测定 值的关系
模糊控制效果图
神经网络（NN）的应用
• 功能：实现溶解氧或出水COD的精确控制，具有前馈+反 馈的控制效果。
• 技术要点： ☆良好的控制目标——某一点的DO（或COD） ☆快速的控制手段——风机频率 ☆专业的、适用性的模糊经验 ☆精确的自适应自调整控制规则
模糊控制系统结构图
模糊控制效果图及控制要点
DO(mg/L) MLSS mg/mL
过程优化分析
DO (m g/L) C O D (m g/L) DO(mg/L) COD(mg/L)
DO
10
---X---COD
9
400
8
350
7
3006250来自52004 150
3
2
100
1
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-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
TIME(min)
10
DO
---X---COD 400
• 功能：预测实时出水水质BOD5。
• 技术要点： ☆输入输出参数的确定——相关性分析 ☆神经网络模型的构造 ☆训练算法的选择 ☆大量数据的训练、校正、再训练、再校正。。。
• 功能：提供专家诊断、专家分析和专家解决方案，以及故 障应急预案。
• 技术要点： ☆知识库的建立——专业、广泛、适用 ☆推理机的建立——针对性、结果性、可操作性
专家系统辅助决策树
专家系统模块结构
其它先进技术的应用
1
2
3
电能管理 设备管理 Web技术
模块
模块
的应用
电能管理（EM）模块
• 电能管理（Energy Management）模块以车间为单位， 可对每个车间以日或月为查询统计条件，分别进行电能监 测和成本核算。为管理者的调度管理及绩效考核提供参 考，并且能有效地将电能管理与优化调度策略结合起来， 实现反应全过程的优化控制，以及最大程度降低能耗的目 的。
城市污水处理厂智能控制与 节能管理（ ICEM）系统
KingTrol
北京金控自动化技术有限公司
目录
1 ICEM系统介绍
污 2 遗传算法
水
3 模糊控制
处
4 神经网络
理
系
5 专家系统
统
6 其它先进技术
7 商务合作及研究团队
ICEM系统介绍
• 专门用于污水处理厂优化运行和节能降耗的自动化控制系 统。通过人工智能技术，实现污水处理过程的优化运行， 同时对全厂电能消耗和设备使用情况进行实时监测和管 理，最终实现污水处理全过程节能降耗的目的。
软测量仪表的构成
软测量仪表申请专利
• 国家发明专利号：200910079704.1 • 实用新型专利号：200920106062.5
专家系统（ES）的应用
• 专家系统（Expert System）也称为基于知识的系统，是 一类包含知识和推理的智能计算机程序，其内部包含某领 域具有专家水平的知识和经验，利用专家知识库和推理 机，具备解决专门问题的能力。
• 提高管理效率，降低管理成本，减少人为风险； • 增加设备维护的规范性，降低设备故障率，延长设备使用
寿命。
设备管理（DM）模块
Web技术的应用
区域运营管理中心
全国运营管理中心
管理者、专家
Internet网络
数据 WEB 视频 第一污水处理厂
数据 WEB 视频 同样适用于监管部门！ 第二污水处理厂 同样适用于技术服务部门！
全厂用电分析图
设备管理（DM）模块
• 设备管理（Device Management）模块是对全厂的设备 和仪表等使用情况进行监控和管理，包括使用状态、运行 时间以及故障等情况，对维护记录进行存储，并提供设备 和仪表维护建议和规范的操作流程，以使管理人员对设备 和仪表的维护进行全面管理，保证设备和仪表的正常使用。
遗传算法（GA）的应用
• 遗传算法（Genetic Algorithm）是模拟达尔文的遗传选 择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型，是一种通过 模拟自然进化过程搜索最优解的方法，用于复杂系统具 有鲁棒性的优化计算。
• 功能：得到溶解氧优化控制目标曲线（值）。
• 技术要点： ☆可调节的控制目标——电费； ☆可控性的约束条件——出水水质 ☆适用性的算法
9
8
350
7
300
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250
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200
4 150
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-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
TIME(min)
传统控制效果
优化控制效果
降低15-40%鼓风机能耗！
模糊控制（FC）的应用
• 模糊控制（Fuzzy Control）技术是基于模糊数学理论， 通过模拟人的近似推理和综合决策过程，使控制算法的可 控性、适应性和合理性提高。
• 10年人工智能在污水处理中应用研究成果的集中体现。
• 深度挖掘现有工艺的处理潜能，大幅降低污水处理厂升级 改造的成本。
• 利用各种先进技术，提高控制效率和管理效率，降低运营 成本。
ICEM系统特点
– 具备通用SCADA组态软件的监控特点； – 遗传算法模块（GA）生成溶解氧最优控制曲线； – 模糊控制模块（FC）实现溶解氧模糊控制； – 神经网络模块（NN）实现出水BOD5的实时测量； – 专家系统模块（ES）提供故障诊断及工艺运行指导； – 电能管理模块（EM）进行电力监测及成本核算； – 设备管理模块（DM）提供设备和仪表的维护管理； – 支持Internet远程访问，并且客户端免费; – 支持A/A/O、SBR、CASS、Carrousel等多种工艺。
4.5
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DO
3.5
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MLSS
3.0
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2.5
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2.0
进水负荷干扰
1.5
2
Data: Data1_B Model: Boltzmann
Chi^2 = 0.01039 R^2 = 0.99766
1.0
A1 -0.12481
±0.08412
1
A2 5.11378
±0.03204
x0 12.49829 ±0.18263
0.5
dx 2.48182
±0.1373
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
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Time(s)
曝气量
m3/h
模糊控制对阶跃输入的控制效果
生化池曝气量与MLSS测定 值的关系
模糊控制效果图
神经网络（NN）的应用
• 功能：实现溶解氧或出水COD的精确控制，具有前馈+反 馈的控制效果。
• 技术要点： ☆良好的控制目标——某一点的DO（或COD） ☆快速的控制手段——风机频率 ☆专业的、适用性的模糊经验 ☆精确的自适应自调整控制规则
模糊控制系统结构图
模糊控制效果图及控制要点
DO(mg/L) MLSS mg/mL
过程优化分析
DO (m g/L) C O D (m g/L) DO(mg/L) COD(mg/L)
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