Zaawansowane algorytmy sterowania i optymalizacji w biologicznej oczyszczalni ścieków typu wsadowego.

  • Dodaj recenzję:
  • 3788
  • Producent: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej
  • Autor: Robert Piotrowski
  • Cena netto: 35,24 zł 37,00 zł

Zaawansowane algorytmy sterowania i optymalizacji w biologicznej oczyszczalni ścieków typu wsadowego.
Seria: Monografie nr 169

rok wydania: 2018, wydanie pierwsze
ilość stron: 162
ISBN: 978-83-7348-187-9  

Opis
Ścieki są jednym z wielu rodzajów zanieczyszczeń produkowanych przez człowieka. Zagadnienia związane z procesami ich oczyszczania zainspirowały przygotowanie niniejszej monografii. Zaproponowano w niej nowoczesne struktury i algorytmy sterowania oraz optymalizacji.

W zakresie sterowania w praktyce eksploatacyjnej większości oczyszczalni ścieków stosuje się w dalszym ciągu proste algorytmy sterowania stężeniem tlenu oparte na regułach lub regulatorach typu PI ze stałymi wartościami nastaw. Ze względu na złożoność problemu sterowania i różne punkty pracy są one niewystarczające. Wynika to z faktu, że zapotrzebowanie na tlen, a tym samym na ilość powietrza dostarczanego przez instalację napowietrzającą, jest zmienne w czasie.

Obecnie na świecie trwają intensywne prace badawcze nad strukturami i algorytmami sterowania pozwalającymi na wyznaczanie i realizację optymalnej pod względem kosztów i jakości oczyszczania ścieków trajektorii stężenia tlenu. Wpisuje się w nie niniejsza monografia, w której zaprojektowano nadrzędny system wyznaczający zadaną trajektorię stężenia tlenu. Dodatkowo, w celu podniesienia efektywności oczyszczania ścieków przy jednoczesnej redukcji kosztów napowietrzania ścieków w pracy zaproponowano dwa zaawansowane systemy sterowania stężeniem tlenu.

W dalszej części pracy system sterowania związany ze stężeniem tlenu rozbudowano o dodatkowe procesy biologiczne mające znaczący wpływ na efektywność oczyszczania ścieków, optymalizację pracy reaktora SBR i obniżenie kosztów operacyjnych. Zaproponowano metody rozwiązania trudnego, nieliniowego, niewypukłego i hybrydowego – ze względu na postać zmiennych decyzyjnych – zadania optymalizacji.  

Na koniec zaproponowano nową sprzętowo-programową strukturę systemu sterowania biologiczną oczyszczalnią ścieków w Swarzewie, z wykorzystaniem nowoczesnych środowisk programistycznych i obecnie stosowanego sprzętu cyfrowego.

Spis treści
Wykaz oznaczeń i skrótów / 5
1. Wstęp / 9        
1.1. Wprowadzenie / 9        
1.2. Przegląd stanu wiedzy / 12
1.3. Struktura monografii / 15
     
2. Charakterystyka systemu sterowania / 17      
2.1. Informacje ogólne / 17      
2.1.1. Rodzaje oczyszczalni ścieków / 17
2.1.2. Podstawowe procesy w oczyszczalni ścieków / 19
2.1.3. Napowietrzanie ścieków / 21  
2.2. Oczyszczalnia ścieków w Swarzewie / 22  
2.3. Instalacja napowietrzająca w Swarzewie / 27
2.4. Sterowanie w oczyszczalni ścieków w Swarzewie – stan aktualny / 30

3. Modelowanie  matematyczne  systemu sterowania / 32
3.1. Reaktor SBR / 32      
3.2. Instalacja napowietrzająca / 36
3.2.1. Model ogólny / 36
3.2.2. Model szczegółowy – wariant A / 41
3.2.3. Model szczegółowy – wariant B / 46

4. Algorytm sterowania stężeniem tlenu / 52
4.1. Projektowanie systemu sterowania / 52
4.2. Badania symulacyjne i analiza wyników / 60
   
5. Algorytmy sterowania stężeniem tlenu i wyznaczania trajektorii zadanej stężenia tlenu / 67
5.1. Adaptacyjny układ sterowania z nadrzędnym regulatorem regułowym / 67  
5.1.1. Projektowanie systemu sterowani / 67  
5.1.2. Badania symulacyjne i analiza wyników / 74  
5.2. Adaptacyjny układ sterowania z nadrzędnym regulatorem heurystycznym / 90
5.2.1. Projektowanie systemu sterowania / 90  
5.2.2. Badania symulacyjne i analiza wyników / 101
 
6. Optymalizacja pracy reaktora SBR / 108    
6.1. Sformułowanie zadania optymalizacji / 108
6.1.1. Zmienne decyzyjne / 108
6.1.2. Ograniczenia / 109
6.1.3. Funkcja kryterialna / 109
6.2. Niedeterministyczne metody optymalizacji / 110  
6.2.1. Algorytmy ewolucyjne / 110  
6.2.2. Algorytm symulowanego wyżarzania / 114    
6.3. Deterministyczne metody optymalizacji / 116  
6.3.1. Metoda gradientowa / 117  
6.3.2. Metoda Direct / 117
6.3.3. Metoda podziału i ograniczeń / 117
6.4. Wyniki optymalizacji / 117    
6.4.1. Przegląd zupełny / 118
6.4.2. Algorytmy ewolucyjne 119  
6.4.3. Algorytm symulowanego wyżarzania / 123    
6.4.4. Metoda gradientowa / 125  
6.4.5. Metoda Direct / 126
6.4.6. Metoda podziału i ograniczeń / 128
6.4.7. Analiza porównawcza / 130
6.5. Optymalizacja pracy oczyszczalni ścieków w Swarzewie / 131

7. Implementacja sprzętowo-programowa  / 138    
7.1. Ogólna struktura / 138    
7.2. Charakterystyka warstw systemu sterowania / 140    
7.3. Warstwowy system sterowania w oczyszczalni ścieków / 142    
7.4. Analiza stanu obecnego / 143    
7.5. Propozycja modernizacji / 145

Zakończenie / 148    
Bibliografia / 150    
Streszczenie w języku polskim / 160  
Streszczenie w języku angielskim / 160