基于遗传算法的提升泵优先度控制方法、装置及存储介质与流程

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及基于遗传算法的提升泵优先度控制方法、装置及存储介质。

背景技术：

改革开放以来我国的经济有了突飞猛进的发展，在这快速发展的同时环境污染也越来越严重，特别是水质污染问题。如何保护水资源、改善水质成为主要的议题之一。目前我国大部分城市都建立了污水处理厂，利用污水处理厂改善净化水质是当前的主要方法。但是近十年来城市规模的不断扩大，人口的不断增长，现有污水处理厂的日处理污水能力远远不够。因此，很多地方对原有的污水厂进行扩建或改造。

提升泵自动控制系统是污水处理厂设备的一个重要部分，是保证污水处理厂正常稳定运行的关键。现有技术中，根据工艺和要求，对污水处理提升泵采取液位控制控制方式。液位控制主要适用于对提升泵房进水量要求不太严格，能够适应一定水量变化的提升泵进水系统。液位控制是根据提升泵房液位高低控制提升泵的运行台数，同时自动调节变频泵频率的高低，使提升泵房水位维持在一个合适的范围内。其优点在于，能够根据提升泵房的进水量的大小及时调节提升泵房进水量，提高污水处理厂处理水量能力。

但是，在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有技术根据提升泵房的液位控制提升泵的启动，存在的缺点有两方面：一是提升泵的启动顺序是固定的，根据液位的高低启动提升泵台数，无法选择提升泵的启动顺序。因此，有些提升泵长时间运行，而有些提升泵长期闲置，达不到延长提升泵使用寿命的目的。二是提升泵是耗能大的设备，很多时候提升泵处于空载或者半负荷状态，能量损耗大。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供基于遗传算法的提升泵优先度控制方法、装置及存储介质，通过合理设置提升泵的启动顺序和运行时间，延长提升泵的使用寿命和提高提升泵的运行效率，从而解决提升泵长时间容易损坏和提升泵能耗过大的问题。

为解决上述问题，本发明的一个实施例提供基于遗传算法的提升泵优先度控制方法，适于在计算设备中执行，包括：

设定提升泵优先度控制的控制变量、约束条件和监控指标；

采集液位数据；

基于所述控制变量、所述约束条件和所述监控指标，根据所述液位数据和预设的提升泵优先度控制规则，控制提升泵的运行台数、启动顺序和运行时间。

进一步地，所述的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法，在所述采集液位数据之前，还包括：

实时监测每台提升泵的运行时间和启停次数。

进一步地，所述控制变量为提升泵房液位的降低量和曝气沉砂池的溶解氧浓度；

所述约束条件为有机物排放总量和出水水质；

所述监控指标为所有提升泵和曝气沉砂池供氧的费用总和。

进一步地，所述液位数据包括提升泵房进水液位计的液位值和曝气沉砂池出水液位计的液位值。

进一步地，所述根据所述液位数据和预设的提升泵优先度控制规则，控制提升泵的运行台数、启动顺序和运行时间，具体为：

基于预设的液位数据与提升泵的运行台数的对应关系，根据当前采集的所述液位数据，确定提升泵的待运行台数；

基于预设的提升泵优先度控制规则，根据每台提升泵的运行时间和启停次数，优先启动停止时间最长的提升泵，优先停止运行时间最长或单次运行时间达到预设运行时间阈值的提升泵，直至提升泵的运行台数等于所述待运行台数；其中，所述运行时间为累积运行时间，所述停止时间为单次停止时间。

进一步地，所述的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法，在所述设定提升泵优先度控制的控制变量、约束条件和监控指标之后，还包括：

建立提升泵优先度控制的平衡方程组；其中，所述平衡方程组包括提升泵房的污水流量平衡方程和曝气沉砂池的微生物物质平衡方程；

所述提升泵房的污水流量平衡方程为，

式中，v为提升泵池的有效体积，单位为m³；k为提升泵池液位最大比利用速度常数；y0和y分别为提升泵房进水液位计的液位值和曝气沉砂池出水液位计的液位值，单位为m；q为提升泵房的进水流量，单位为m³/d；

所述曝气沉砂池的微生物物质平衡方程为，

式中，kd为微生物衰减率；y为产率系数，k为提升泵池液位最大比利用速度常数；y为曝气沉砂池出水液位计的液位值，单位为m；qw为粗格栅杂质排放及厂区事故出水流量，单位为m³/d。

进一步地，控制所述提升泵的启动或关闭的方式包括手动控制、自动控制或远程控制中的任一种。

本发明实施例还提供了一种基于遗传算法的提升泵优先度控制装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法。

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包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法、装置及存储介质，所述方法包括：设定提升泵优先度控制的控制变量、约束条件和监控指标；采集液位数据；基于所述控制变量、所述约束条件和所述监控指标，根据所述液位数据和预设的提升泵优先度控制规则，控制提升泵的运行台数、启动顺序和运行时间。本发明通过合理设置提升泵的启动顺序和运行时间，延长提升泵的使用寿命和提高提升泵的运行效率，从而解决提升泵长时间容易损坏和提升泵能耗过大的问题。

附图说明

图1是本发明的一个施例提供的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法的流程示意图；

图2是本发明的一个施例提供的提升泵优先度控制的另一流程示意图；

图3是本发明的一个施例提供的提升泵液位控制的示意图；

图4是本发明的一个施例提供的提升泵优先度控制的原理图；

图5是本发明的一个施例提供的提升泵优先度控制的软件效果图。

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。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。

请参阅图1-5，如图1所示，本发明的一个实施例提供基于遗传算法的提升泵优先度控制方法，适于在计算设备中执行，包括：

s101、设定提升泵优先度控制的控制变量、约束条件和监控指标；

s102、采集液位数据；

s103、基于所述控制变量、所述约束条件和所述监控指标，根据所述液位数据和预设的提升泵优先度控制规则，控制提升泵的运行台数、启动顺序和运行时间。

对于步骤s101，进一步地，所述控制变量为提升泵房液位的降低量和曝气沉砂池的溶解氧浓度；

所述约束条件为有机物排放总量和出水水质；

所述监控指标为所有提升泵和曝气沉砂池供氧的费用总和。

在本实施例中，所述监控指标具体指的是，污水处理过程运行费用jc与控制变量提升泵房液位的降低量y0、曝气沉砂池的溶解氧浓度s0有关，每日的运行费用采用jc表示，则jc由1#-4#提升泵污水处理费j1-j4和曝气沉砂池的供氧费用j5组成，即：

jc＝j1+j2+j3+j4+j5

与一般工业生产过程相比，污水处理的运行具有特殊性。污水处理首先必须遵守环保法规强制性的排放标准，然后才考虑控制目标的实现。从环保的角度考虑，出水水质越高越好，但从运行成本考虑，出水水质高意味着更多的能耗，导致运行成本过高。而优先度控制是根据受控系统的状态方程、输入变量、约束条件和目标函数，通过计算控制变量，从一类控制方案中找出一个最优的控制方案，最大限度地使目标函数值为最优。

在本实施例中，如图2所示，由于污水生化处理是一个大时滞过程，为了保证在优化控制过程中出水水质指标达到排放标准，采用多输出支持向量回归机算法对出水水质进行预测。虽然模糊控制、神经网络等能够对污水处理过程进行控制，但利用这些模型来设计控制系统仍是相当困难的，主要在于模型极为复杂，是不确定、非线性、强耦合系统，且模型中许多定量关系是由经验得到的；模型中未知参数多，难以实时辨识；模型参数在不同的环境呈现不确定变化。在设计污水处理厂提升泵优先度控制系统时，为了得到简化模型，将微生物和有机物归并为两类，即溶解性物质(有机底物)和颗粒性物质(微生物)。忽略曝气沉砂池中微生物的代谢作用与进水中溶解氧，为了便于对排放污泥进行定量控制，规定从曝气沉砂池排泥。

其中，q、qr、qw分别为提升泵房的进水流量、厂区污水回流流量、粗格栅杂质排放及厂区事故出水流量，单位为m³/d；x、xr分别为微生物和厂区污水回流浓度，单位为mg/l；y0和y分别为提升泵房进水液位计的液位值和曝气沉砂池出水液位计的液位值，单位为m；s0为溶解氧浓度，单位为mg/l；r为厂区污水回流比。

优选地，在步骤s102之前，还包括，实时监测每台提升泵的运行时间和启停次数。

在现有技术中，有些提升泵长时间运行，而有些提升泵长期闲置，达不到延长提升泵使用寿命的目的，而且提升泵是耗能大的设备，很多时候提升泵处于空载或者半负荷状态，能量损耗大。

在本实施例中，通过实时监测每台提升泵的运行时间和启停次数，进一步可以合理选择提升泵启动顺序和平均分配运行时间。

优选地，在步骤s101之后，还包括，建立提升泵优先度控制的平衡方程组；其中，所述平衡方程组包括提升泵房的污水流量平衡方程和曝气沉砂池的微生物物质平衡方程；

所述提升泵房的污水流量平衡方程为，

式中，v为提升泵池的有效体积，单位为m³；k为提升泵池液位最大比利用速度常数；y0和y分别为提升泵房进水液位计的液位值和曝气沉砂池出水液位计的液位值，单位为m；q为提升泵房的进水流量，单位为m³/d。

即，[提升泵房污水液位的变化速率]＝[输入速率]-[回流污水利用速率]-[输出速率]。

所述曝气沉砂池的微生物物质平衡方程为，

式中，kd为微生物衰减率；y为产率系数，k为提升泵池液位最大比利用速度常数；y为曝气沉砂池出水液位计的液位值，单位为m；qw为粗格栅杂质排放及厂区事故出水流量，单位为m³/d。

即，[细格栅及曝气沉砂池微生物变化速率]＝[微生物净增长速率]-[排放速率]。

优选地，所述液位数据包括提升泵房进水液位计的液位值和曝气沉砂池出水液位计的液位值。

对于步骤s103，优选地，所述根据所述液位数据和预设的提升泵优先度控制规则，控制提升泵的运行台数、启动顺序和运行时间，具体为：

基于预设的液位数据与提升泵的运行台数的对应关系，根据当前采集的所述液位数据，确定提升泵的待运行台数；

基于预设的提升泵优先度控制规则，根据每台提升泵的运行时间和启停次数，优先启动停止时间最长的提升泵，优先停止运行时间最长或单次运行时间达到预设运行时间阈值的提升泵，直至提升泵的运行台数等于所述待运行台数；其中，所述运行时间为累积运行时间，所述停止时间为单次停止时间。

在本实施例中，如图3所示，所述预设的液位数据与提升泵的运行台数的对应关系，可以理解为，当液位计读取的液位值处于区间[0，2.50]时，触发ann警报；当液位计读取的液位值处于区间[2.50，6.00]时，启动一台提升泵；当液位计读取的液位值处于区间[6.00，7.00]时，启动两台提升泵；当液位计读取的液位值处于区间[7.00，8.00]时，启动三台提升泵；当液位计读取的液位值处于区间[8.50，10.00]时，触发ann警报。可以理解的是，本发明的一个实施例根据不同的污水处理工艺和控制要求也可采用轮换控制，如提升泵房液位控制。

在本是实施例中，提升泵房有2个池总共配六台提升泵，每个泵池配3台提升泵，合理分配每台提升泵运行时间和启停次数能有效提高提升泵使用寿命和使用效率，同时也能达到良好的节能降耗效果。

在本实施例中，如图4-5所示，本实施例主要用于无人职守的泵站等控制场所。本实施例以提升泵房液位的降低量和曝气沉砂池的溶解氧浓度为控制变量，以1#提升泵、2#提升泵、3#提升泵、4#提升泵和曝气沉砂池供氧五者的运行费用之和作为监控指标，并以有机物排放总量和出水水质为约束条件。在满足出水水质要求的前提下，减少提升泵的运行费用作为目标，进行提升泵的运转时间和停止时间的比较和耗能计算，程序中自动计算，优先启动停止时间最长的水泵，自动优先停止运行时间最长的水泵，达到对运行长时间水泵进行自动轮换。该控制方式的优点是使水泵运行时间均匀，不需要人为进行干预，而且能达到系统能耗的最低。

优选地，控制所述提升泵的启动或关闭的方式包括手动控制、自动控制或远程控制中的任一种。

本发明的一个实施例提供的提升泵优先度控制是根据上位机人员设定的优先度进行运行，操作人员可以根据现场实际情况及时更改提升泵运行的优先级，从而实现对提升泵更好的控制效果。在时间自动轮循控制模式下，操作人员无法对水泵运行的优先度进行更改，而优先度控制可以进行优先度设定，控制效果比“时间自动轮循控制”效果更好，而且能达到节能的效果。优化液位的测量参数，在每个液位控制点的判断有一定的延时，合理的a²o工艺的提升泵房对进水流量要求不是很严格，在进水水量落差较大的情况下都能够进行很好的处理。

根据上述描述的技术内容，本实施例提供的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法具有以下积极效果：

优先度控制能够自动判断提升泵的运行时间，优先启动运行时间短的泵，优先停止运行时间长的泵，合理的分配提升泵的运行时间，达到保护提升泵寿命的效果。

优先度控制根据新型遗传算法，结合每台提升泵的功率等参数，合理分配每台泵的运行时间，即对提升泵房的6台提升泵合理分配启停，最大限度的节约电源，达到节能减排的目的。

本发明实施例还提供了一种基于遗传算法的提升泵优先度控制装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法。

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包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的基于遗传算法的提升泵优先度控制方法。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。