垃圾渗滤液处理专家控制系统及方法
【专利摘要】公开了用于渗滤液处理的智能控制系统和方法。智能控制系统包括：人机交互界面；总控制单元，包括整个系统的运行情况诊断分级单元和应对措施产生单元；各子工艺控制单元，包括厌氧控制单元、MBR控制单元、纳滤控制单元、反渗透控制单元中的至少一个，每个子工艺控制单元对应于渗滤液处理工艺中的一个子工艺，每个子工艺控制单元接收对应子工艺的检测输入，进行诊断；总控制单元接收各个子工艺控制单元的诊断结果，并对于整个渗滤液处理系统的运行情况进行诊断，给出操作建议；其中通过人机交互界面，总控制单元与用户进行交互。本公开能够根据数据自行判断渗滤液系统运行的情况，并根据数据给出工艺参数调整建议，能够有效克服运行人员经验不足的问题。
【专利说明】
垃圾渗滤液处理专家控制系统及方法
技术领域
[0001]本发明环境保护的高浓废液处理技术领域，更具体地，涉及垃圾渗滤液处理的智能监测和控制技术。
【背景技术】
[0002]垃圾渗滤液具有污染物浓度高、污染物成分复杂和水质变化大的特点。为满足环保标准要求，多数垃圾处理设施配套的渗滤液处理站采用〃厌氧+MBR+双膜(纳滤+反渗透)〃的工艺路线，该工艺路线能很好的解决渗滤液出水达标问题，但存在工艺流程长、控制参数多、操作复杂的问题。
[0003]目前渗滤液处理工艺配套的自控系统主要是两个功能:一是控制设备的启停，主要控制鼓风机、水栗等主要设备的运行，用以保障渗滤液处理系统的进水和出水、曝气；二是在线显示部分运行数据，如在自控界面中显示水位、温度、甲烷含量、溶解氧值、压力、pH值等工艺参数。但现有自控系统无法通过运行数据判断渗滤液处理中各工艺子单元和整体系统运行的是否正常、运行数据是否合理，目前渗滤液处理系统运行情况的好坏，通常是倚靠操作人员的运行经验去判断。
[0004]国内目前严重缺乏经验丰富的渗滤液处理操作人员。渗滤液处理系统中各子系统之间和子系统内的运行数据相互影响，要将渗滤液处理设施正常、稳定的运行，需要丰富的理论和实践经验。由于运行人员经验的缺乏，致使国内许多垃圾处理设施虽然建设了渗滤液处理站，但很难维持渗滤液处理站的正常运行，更无法满足环保标准要求。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，提出了本发明。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种借助计算装置执行的用于渗滤液处理的智能控制系统，包括:人机交互界面;总控制单元，总控制单元包括整个系统的运行情况诊断分级单元和应对措施产生单元;各子工艺控制单元，包括厌氧控制单元、MBR控制单元、纳滤控制单元、反渗透控制单元中的至少一个，每个子工艺控制单元对应于渗滤液处理工艺中的一个子工艺，每个子工艺控制单元接收对应子工艺的在线传感器输入和/或离线检测输入，并对于对应子工艺的运行情况进行诊断；总控制单元与各子工艺控制单元相连接，接收各个子工艺控制单元的诊断结果，并对于整个渗滤液处理系统的运行情况进行诊断，给出操作建议;其中通过人机交互界面，总控制单元与用户进行交互。
[0007]进一步地，根据本发明实施例的智能控制系统，其中所述子工艺控制单元和总控制单元进行初级诊断和二级诊断，在仅收到在线传感器输入的情况下，子工艺控制单元和总控制单元进行初级诊断，并给出操作建议；以及在收到在线传感器输入之后又收到离线检测输入的情况下，再次进行诊断，给出操作建议。
[0008]进一步地，根据本发明实施例的智能控制系统，总控制单元和子工艺控制单元利用专家系统进行诊断，其中专家系统包括专家知识库和推理机，以及在总控制单元和子工艺控制单元根据专家系统自动或指示操作人员进行操作后，将操作的实质作的实时数据再次采集进入专家数据库，以及自动判断操作的结果，做出下一步操作提示，并判断实际操作结果与以前的专家系统知识库的偏差情况、对专家知识库进行更新。
[0009]进一步地，根据本发明实施例的智能控制系统，还可以包括:急停指令单元，与总控制单元相连接，用于基于总控制单元的命令，向渗滤液系统整体或者具体子工艺部分发出急停指令。
[0010]进一步地，根据本发明实施例的智能控制系统，还可以包括:报警装置，与总控制单元相连接，用于基于总控制单元的命令，发出报警信号。
[0011]进一步地，根据本发明实施例的智能控制系统，还可以包括:数据存储单元，用于维持关于渗滤液运行的检测数据和诊断数据，维持周期至少一年。
[0012]进一步地，根据本发明实施例的智能控制系统，还可以包括:外部通信单元，用于将检测数据和/或诊断数据中的至少一些发送到外部的无线接收端，所述无线接收端包括智能手机。
[0013]进一步地，根据本发明实施例的智能控制系统，在线传感器输入可以包括下列项目中的至少一个:温度、pH值、D0、0RP、液位、压力、甲烷浓度数据。
[0014]进一步地，根据本发明实施例的智能控制系统，离线检测输入可以包括下列项目中的至少一个:C0D、B0D、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、污泥沉降比、挥发性脂肪酸。
[0015]根据本发明的另一方面，提供了一种垃圾渗滤液处理工艺的在线智能控制方法，可以包括:在线和/或离线获得反映垃圾渗滤液处理工艺状态的状态参数数据;基于检测到的状态参数数据，以及专家系统数据库中的规则，预测垃圾渗滤液处理工艺运行是否正常，并给出操作建议和/或给出自动控制指令。
[0016]根据本发明实施例的渗滤液运行专家控制系统和方法，能够根据数据自行判断渗滤液系统运行的情况，并根据数据给出工艺参数调整建议，并实时记录工艺参数调整量，调整原因，记录周期能够长达I年，能够有效克服运行人员经验不足的问题。
【附图说明】
[0017]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0018]图1示出了根据本发明实施例的用于渗滤液处理的智能控制系统的系统架构图。
[0019]图2示出了根据本发明实施例的专家控制系统的数据流向和控制过程示意图。
[0020]图3示出了根据本发明实施例的垃圾渗滤液处理工艺的在线智能控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]将参照附图详细描述根据本发明的实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。
[0022]图1示出了根据本发明实施例的用于渗滤液处理的智能控制系统的系统架构图。
[0023]如图1所示，用于渗滤液处理的智能控制系统可以包括:人机交互界面；总控制单元，总控制单元包括整个系统的运行情况诊断分级单元和应对措施产生单元;各子工艺控制单元，包括厌氧控制单元、MBR控制单元、纳滤控制单元、反渗透控制单元中的至少一个，每个子工艺控制单元对应于渗滤液处理工艺中的一个子工艺，每个子工艺控制单元接收对应子工艺的在线传感器输入和/或离线检测输入，并对于对应子工艺的运行情况进行诊断；总控制单元与各子工艺控制单元相连接，接收各个子工艺控制单元的诊断结果，并对于整个渗滤液处理系统的运行情况进行诊断，给出操作建议;其中通过人机交互界面，总控制单元与用户进行交互。
[0024]在一个示例中，人机交互界面借助于工业计算机和软件的结合实现，工业计算机带有显示器、打印机与键盘等，完成系统的监测数据显示、数据输入输出、状态显示、语音交互与报警等人机交互功能。
[0025]在一个示例中，总控制单元和子控制单元借助于S7-300分布式PLC控制系统和软件的结合来实现。S7-300分布式PLC控制系统包括控制器和各种输入输出卡件。
[0026]在一个示例中，总控制单元还布置和/或连接有诸如数据库的数据存储系统，用于记录和维持渗滤液系统运行的日常数据，诸如进出水情况，各种工艺参数等，优选地记录周期为一年。
[0027]总控制单元和子工艺控制单元利用专家系统进行诊断，其中专家系统包括专家知识库和推理机。在一个示例中，专家系统软件可以借助于FAMVIEW控制软件来扩展和开发，实质上实现专家系统和控制规律软件的设计。针对垃圾渗滤液处理运行专家控制系统的配置情况，集中工程师和操作人员的经验，采取相应的控制方案。可以采用预测控制、规则控制和两者结合的方式。将这些控制规律集中放在实时专家控制系统的软件中。专家系统的推理机采用数据时间驱动的正向推理方法，逐次判别知识库中的规则。推理机可以是一个前向推理的产生式系统。在一个示例中，除了数据通信和数据采集软件采用汇编语言，数据管理采用FoxPro编程以外，其他所有软件均可用Boland C++2.0编程开发。专家系统中的数据以框架形式表示，在C语言中用结构给出，清晰明了，又便于快速检索。专家系统规则集采用if〃条件"then〃结论〃的方式来表达规则。在中央空调实时专家控制系统中，规则集可划分为多个规则子集，包括最佳工况识别子集、区域调节子集、紧急事故与故障处理子集和系统开启与停运子集。上述各子集之间不是相互孤立的而是密切关联的，相互协调的。
[0028]在一个示例中，各个子工艺控制单元接收各种传感器数据输入。例如，每个子系统都有对应工艺子单元的在线仪表接口，每个子系统操作界面中预留离线数据输入口。部分运行参数通过在线探头读取，部分运行参数通过操作人员根据水处理实验人工分析数据自行输入。子工艺控制单元和总控制单元利用专家系统进行诊断，诊断可以分为两个级别:初级诊断和二级诊断，
[0029]在仅收到在线传感器输入的情况下，子工艺控制单元和总控制单元进行初级诊断，并给出操作建议。在线数据这部分在线数据根据工艺不同，包括例如温度、pH值、D0、ORP、液位、压力、甲烷浓度数据等。
[0030]在收到在线传感器输入之后又收到离线检测输入的情况下(例如待离线数据经化验人员检测完成后，通过操作人员自行输入检测结果)，子工艺控制单元和总控制单元再次进行诊断，给出操作建议。这部分离线检测数据依据工艺不同，包括例如C0D、B0D、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、污泥沉降比、挥发性脂肪酸。[0031 ]在总控制单元和子工艺控制单元根据专家系统自动或指示操作人员进行操作后，将操作的实质作的实时数据再次采集进入专家数据库，以及自动判断操作的结果，做出下一步操作提示，并判断实际操作结果与以前的专家系统知识库的偏差情况、对专家知识库进行更新。
[0032]如前所述，总控制单元包括整个系统的运行情况诊断分级单元和应对措施产生单元。整体系统诊断分级单元与各个所述子控制器中的存储器相联并能将存储在各个子系统存储器中的诊断情况进行分级，所述的应对措施产生单元与整体系统故障分级单元相联，并根据诊断结果产生相应的应对措施信息。
[0033]操作人员通过人机交互系统可方便、清楚的了解渗滤液处理系统整体和各个子系统的运行情况。根据系统在显示器上显示的信息，操作人员可以采取相应的措施，或是按照系统提示的方式进行操作，来保障系统的稳定运行。
[0034]在一个示例中，智能控制系统还包括急停指令单元，与总控制单元相连接，用于基于总控制单元的命令，向渗滤液系统整体或者具体子工艺部分发出急停指令。
[0035]在一个示例中，智能控制系统还包括报警装置，与总控制单元相连接，用于基于总控制单元的命令，发出报警信号。
[0036]在一个示例中，智能控制系统还包括数据存储单元，用于维持关于渗滤液运行的检测数据和诊断数据，维持周期至少一年。数据存储单元可以位于总控制单元本地，也可以位于总控制单元的远程，或者可以位于云端。
[0037]在一个示例中，智能控制系统还包括外部通信单元，用于将检测数据和/或诊断数据中的至少一些发送到外部的无线接收端，所述无线接收端包括智能手机。
[0038]根据本发明一个实施例，提供了一种垃圾渗滤液处理运行专家控制系统，按照渗滤液处理总工艺流程，专家控制系统分为厌氧、MBR、纳滤、反渗透四个子系统，每个子系统都对应一个工艺子单元，每个子系统都有对应工艺子单元的在线仪表接口，每个子系统操作界面中预留离线数据输入口；专家控制还包括总控制单元和人机交互系统，上述的子系统控制单元均与总控制单元相联接，所述的总控制单元能将各个子系统控制器的诊断结果汇总，并根据各个子控制器的诊断结果，用专家数据库综合评价整个系统运行情况和故障情况，并根据预置在专家数据库中的操作方式，自动或提示指导操作人员进行操作，操作的实时数据再次采集进入专家数据库，自动判断操作的结果，做出下一步操作提示，并对以前的专家数据和偏差情况、专家数据库智能推断进行校正，最终达到稳定运行的效果。
[0039]进一步地，专家控制系统开启后，部分运行参数通过在线探头读取，部分运行参数通过操作人员根据水处理实验人工分析数据自行输入，专家控制系统根据上述数据，根据专家系统的知识库和规则，自行判断渗滤液处理系统整体运行的情况。专家控制系统的判断分为两个级别。第一级别是只依靠在线探头数据的初步判断，这部分在线数据根据工艺不同例如包括:温度、PH值、D0、0RP、液位、压力、甲烷浓度数据等。基于在线探头数据，专家系统基于知识库和规则，简单判断系统运行是否正常，并给出建议的操作方式;第二级别是，待离线数据经化验人员检测完成后，通过操作人员自行输入检测结果，来进一步判断系统运行的情况，这部分检测数据依据工艺不同，例如包括:C0D、B0D、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、污泥沉降比、挥发性脂肪酸。
[0040]操作人员通过人机交互系统可方便、清楚的了解渗滤液处理系统整体和各个子系统的运行情况。根据系统在显示器上显示的信息，操作人员可以采取相应的措施，或是按照系统提示的方式进行操作，来保障系统的稳定运行。
[0041 ]下面以厌氧控制单元和MBR控制单元为例，说明根据本发明实施例的智能控制系统的运行过程:渗滤液经提升栗进入厌氧系统后，厌氧系统主要控制温度、PH值、进出料COD等指标，温度和PH值可以通过在线仪表进行读取，进出料COD需要通过化验室进行化验取得数据，并通过厌氧控制系统中的离线模块进行输入，厌氧子工艺控制单元取得各项数据后，通过预存程序先对厌氧系统数据进行第一级别判断，待离线检测数据出来后，由现场操作人员进行人工录入，专家控制系统会根据离线检测结果进行第二级别的判断。如果各项指标在合理范围内，则专家控制系统不会有任何提示，如果系统中PH值过低，则说明厌氧系统发生了酸化反应，则专家控制系统会提示系统中需要投加碱进行PH调整;如果出料处COD值偏高，则厌氧控制单元会从PH值、温度、进料COD等因素分析引起出水COD偏高原因，并提出合理得解决方案。同时数据分析会通过厌氧控制单元传输到总控制单元，并最终显示在人机交互系统中；在厌氧系统和MBR系统的总控制控制系统模块中，如果MBR系统中硝态氮过高，主要原因可能是因为厌氧出水的COD值过低，影响了后续反应的脱氮需要碳源，则MBR控制单元会向总控制单元传输诊断结果，总控制单元根据厌氧单元运行情况，给出调整厌氧单元运行参数的建议，以提高厌氧单元出水中的C0D，使后续MBR工艺脱氮效果提升，保持整个系统联动稳定运行。每一次进出水情况、工艺参数的调整均会在总控制单元中记录下来，记录周期为I年，运行人员可根据记录结果，了解I年内渗滤液处理系统运行情况，工艺参数调整原因等。上述的人机交换系统组件可以为触摸液晶显示屏，也可以为上位机控制。
[0042]进一步地，为便于理解，图2示出了根据本发明实施例的专家控制系统的数据流向和控制过程示意图。如图2所示，渗滤液系统运行过程中，传感器采集的各种数据输入到实时数据库，接着进入到专家实时数据库，根据需要对数据进行预处理，推理机基于预处理后的专家实时数据库和知识库，得到实时控制数据，传送到相关的控制及执行器1-4，控制及执行器1-4对于相关的过程1_4(厌氧、MBR、纳滤、反渗透)进行控制，控制后相应的参数例如出料量、PH值、进料量、温度等反馈1-4回专家系统，影响控制及执行器。操作人员通过人机交互接口就有关的实时数据、推理机的显示解释、知识库中的知识来进行交互。
[0043]下面结合图3描述根据本发明实施例的垃圾渗滤液处理工艺的在线智能控制方法，在线智能控制方法包括:在步骤SllO中，在线和/或离线获得反映垃圾渗滤液处理工艺的状态的状态参数数据;在步骤S120中，基于检测到的状态参数数据，基于专家系统数据库中的规则，预测垃圾渗滤液处理工艺运行是否正常，并给出操作建议和/或给出自动控制指令。有关具体操作可以参考上文结合图1和图2进行的描述，这里不再赘述。
[0044]与现有技术相比，根据本发明实施例的垃圾渗滤液处理运行专家控制系统和方法对渗滤液处理各个子控制系统中的参数进行汇总分析判断，进行整体系统的运行参数诊断分析，然后运行整体系统诊断结果进行分级判断，并产生相应的应对措施，同时具有数据记录功能。
[0045]在上面详细描述了本发明实施例。然而，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行各种修改，组合或子组合，并且这样的修改应落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种借助计算装置执行的用于渗滤液处理的智能控制系统，包括: 人机交互界面； 总控制单元，总控制单元包括整个系统的运行情况诊断分级单元和应对措施产生单元； 各子工艺控制单元，包括厌氧控制单元、MBR控制单元、纳滤控制单元、反渗透控制单元中的至少一个，每个子工艺控制单元对应于渗滤液处理工艺中的一个子工艺，每个子工艺控制单元接收对应子工艺的在线传感器输入和/或离线检测输入，并对于对应子工艺的运行情况进行诊断； 总控制单元与各子工艺控制单元相连接，接收各个子工艺控制单元的诊断结果，并对于整个渗滤液处理系统的运行情况进行诊断，给出操作建议； 其中通过人机交互界面，总控制单元与用户进行交互。2.根据权利要求1的智能控制系统，还包括:所述子工艺控制单元和总控制单元进行初级诊断和二级诊断， 在仅收到在线传感器输入的情况下，子工艺控制单元和总控制单元进行初级诊断，并给出操作建议;以及 在收到在线传感器输入之后又收到离线检测输入的情况下，再次进行诊断，给出操作建议。3.根据权利要求1的智能控制系统，总控制单元和子工艺控制单元利用专家系统进行诊断，其中专家系统包括专家知识库和推理机，以及 在总控制单元和子工艺控制单元根据专家系统自动或指示操作人员进行操作后，将操作的实时数据再次采集进入专家数据库，以及自动判断操作的结果，做出下一步操作提示，并判断实际操作结果与以前的专家系统知识库的偏差情况、对专家知识库进行更新。4.根据权利要求1的智能控制系统，还包括: 急停指令单元，与总控制单元相连接，用于基于总控制单元的命令，向渗滤液系统整体或者具体子工艺部分发出急停指令。5.根据权利要求1的智能控制系统，还包括: 报警装置，与总控制单元相连接，用于基于总控制单元的命令，发出报警信号。6.根据权利要求1的智能控制系统，还包括: 数据存储单元，用于维持关于渗滤液运行的检测数据和诊断数据，维持周期至少一年。7.根据权利要求1的智能控制系统，还包括: 外部通信单元，用于将检测数据和/或诊断数据中的至少一些发送到外部的无线接收端，所述无线接收端包括智能手机。8.根据权利要求1的智能控制系统，所述在线传感器输入包括下列项目中的至少一个: 温度、PH值、DO、ORP、液位、压力、甲烷浓度数据。9.根据权利要求1的智能控制系统，所述离线检测输入包括下列项目中的至少一个: COD、BOD、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、污泥沉降比、挥发性脂肪酸。10.一种垃圾渗滤液处理工艺的在线智能控制方法，包括: 在线和/或离线获得反映垃圾渗滤液处理工艺状态的状态参数数据； 基于检测到的状态参数数据，以及专家系统数据库中的规则，预测垃圾渗滤液处理工 艺运行是否正常，并给出操作建议和/或给出自动控制指令。
【文档编号】C02F9/14GK106054990SQ201610512004
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】岳东北
【申请人】清华大学