智慧水務(wù)-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用

基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用1

Welcometothistraining歡迎參加本次培訓(xùn) 主講人：XXX學(xué)時(shí)：30min智能控制平臺(tái)–

MPC先控平臺(tái)大滯后控制MPC智能控制線形/非線性流程智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用2為什么需要MPC？Singlevariablein&singlevariableout單入單出Setupatargetandcontrolprocessvariabletothetarget.

WhatwouldbeabestSPisoftenunknownPIDMPCMultivariablein&multivariableout多入多出Controlstrategybasedonacrosscorrelatedmatrix

ofkeyprocessvariablesFeedbackcontrol反饋控制ThecontrollerwilltakenoactionunlesstheerrorsshowinPVPredictivecontrol前饋控制DynamicmodelsdevelopedthroughprocesssteptestsFutureprocessbehaviorpredictionandfeedforwardcontrolIndirectpropertyvariablecontrol間接質(zhì)量控制Controlpropertyvariablesthroughtemperature,pressureorflowrate,etc.Directpropertyvariablecontrol直接質(zhì)量控制PropertytargetscouldbesetandcontroldirectlyPoorcontrolqualitywhentherearelargetimedelaysorcomplexdynamicinteractions難于處理大長(zhǎng)滯后過(guò)程PIDsetpointsarenotnecessarilyoptimalwithrespecttoplantwideobjectivesPID設(shè)定值基于操作人員經(jīng)驗(yàn)OptimalPIDtargetsarecontinuouslycalculated,

set,&modifiedPID設(shè)定值根據(jù)模型連續(xù)優(yōu)化計(jì)算和調(diào)整Explicitdynamicmodelsleveragecomputercapabilitiestocalculateimpacttotheproduct動(dòng)態(tài)模型直接考慮過(guò)程動(dòng)態(tài)智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用3Rockwell建模技術(shù)：非線性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)理模型的完美結(jié)合

1991年開發(fā)，第一套應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)非線性模型技術(shù)內(nèi)含150多項(xiàng)專利技術(shù)模型約束機(jī)制神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)能夠適用于非線性過(guò)程基于神經(jīng)生物學(xué)的數(shù)學(xué)表達(dá)式inputAInputBoutput生物神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)有約束外推無(wú)約束外推數(shù)據(jù)區(qū)智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用4MPC控制器由相互關(guān)聯(lián)的MIMO模型矩陣組成，模型代表著輸入輸出之間的關(guān)系…CV1CV2CV3MV1MV2DV1MV3DV2NOMODELNOMODELNOMODEL預(yù)測(cè)PREDICT所有MVs&DVs決定著CVs的未來(lái)提前控制PROACTIVE將CV控制在設(shè)定的目標(biāo)值，防止超出控制范圍，從而減少波動(dòng)ControllerMatrixMPC-MIMO控制矩陣智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用5APC結(jié)構(gòu)ProcessSoftSensor?MPCLabPavilion8ServerPIDPIDPIDPLC/DCS產(chǎn)量最大化收率更高能耗更低SPSPSPControlledVariablesDisturbanceVariablesPV精確曝氣

(AerationBlower)污泥脫水(Centrifuge)加藥(ChemicalDosing)管網(wǎng)控制Distribution加藥控制ChemicalDosing6減少爆管以及水損ReducePipeBreaks?ReduceWaterLoss最小化水壓跳變MinimizePressureSpikes保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定Keep

the

waterqualityfittogovernmentpolicyandstable減少藥劑使用，降低成本ReduceChemicalCosts管網(wǎng)控制Distribution降低管網(wǎng)平均壓力減少管網(wǎng)壓力波動(dòng)加藥控制優(yōu)化ChemicalDosing降低波動(dòng)

ReducedProcessVariability減少人為靠經(jīng)驗(yàn)投加藥物原水

Improve,Conserve&ComplyRESULTSAPPLICATIONS智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用7RESULTSAPPICATIONS精確曝氣(AerationBlower)污泥脫水(Centrifuge)加藥(ChemicalDosing)提高離心機(jī)處理能力降低過(guò)程波動(dòng)更好地資產(chǎn)和能源利用率投資回報(bào)5-12月

(取決于污水處理規(guī)模)降低藥劑使用污水處理

WasteWaterProtectQuality&ConserveEnergy智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用8MPC在水行業(yè)部分業(yè)績(jī)智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用910應(yīng)用場(chǎng)景：精確曝氣曝氣池DO，TN，TP控制器出水COD,TN和TP控制器COD,TP,TN預(yù)測(cè)模型

污水出水COD,TP,TN質(zhì)量設(shè)定PLC控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室分析值DO設(shè)定值污水量污水性質(zhì)乙酸鈉流量進(jìn)風(fēng)流量和閥門開度液位內(nèi)回流外回流進(jìn)水流量溫度鼓風(fēng)機(jī)電流CODTNTPCODTNTP智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用11曝氣模型智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用12Rockwell解決方案需要的儀表配置(預(yù)估）每個(gè)廊道安裝溶解氧DO在線分析儀安裝曝氣池出水氨氮含量分析儀安裝曝氣池液位檢測(cè)儀表安裝曝氣管壓力檢測(cè)安裝曝氣流量測(cè)量?jī)x表安裝曝氣量調(diào)節(jié)閥安裝進(jìn)水流量測(cè)量?jī)x表安裝進(jìn)水水質(zhì)在線分析儀（COD,總氮,總磷等）智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用精確曝氣MPC控制控制目標(biāo)曝氣池溶解氧DissolvedOxygen(DO)inAerationBasins如何控制動(dòng)態(tài)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)變頻或者進(jìn)風(fēng)流量干擾因素污水進(jìn)水量大氣條件排水量RAS/WAS流量

曝氣池1溶解氧曝氣池2溶解氧鼓風(fēng)機(jī)1轉(zhuǎn)速(MV)XX鼓風(fēng)機(jī)2轉(zhuǎn)速(MV)XX污水流量(DV)XXRAS流量(DV)XXWAS流量(DV)XX智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用13精確曝氣MPC控制要求鼓風(fēng)機(jī)變頻器VariableSpeedBlowers在線DO分析儀OnlineDOAnalyzers過(guò)程自動(dòng)化流量?jī)x表/污水進(jìn)水量和活性污泥量PID控制能夠讀/寫外部的設(shè)定點(diǎn)或輸出OPC服務(wù)器智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用14應(yīng)用場(chǎng)景：加藥優(yōu)化控制控制目標(biāo)水質(zhì)量參數(shù)如何控制?動(dòng)態(tài)調(diào)整化學(xué)要記得加入量干擾因素原水質(zhì)量和數(shù)量

pH氯殘余濁度(NTU)氟殘余AlumFlowXXCausticFlowXFluorideFlowXFlocAidFlowXFilterAidFlowXNaOCLFlowXRawWaterFlowXXXXRawWaterTurbidityXRawWaterpHX智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用15ChemicalDosingMPC控制要求在線水質(zhì)分析儀，分析參數(shù)包括：pH,濁度,余氯，余氟過(guò)程自動(dòng)化流量?jī)x表/化學(xué)品流量PID控制回路遠(yuǎn)程設(shè)定值SP或OP讀寫功能OPC接口智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用16應(yīng)用場(chǎng)景：城市供水管網(wǎng)壓力優(yōu)化管網(wǎng)概況每日供水量:35000m^3/天庫(kù)存能力:11600m^3水處理廠:2泵站:3水塔:2供水管長(zhǎng)度:1100km4.5bar平均壓力(泵站)17

個(gè)加壓泵全冗余SCADA系統(tǒng)(2010年)全區(qū)域光纖環(huán)形通訊挑戰(zhàn)平均每年有238次總管爆管事故用電成本增加管網(wǎng)已有44年歷史(oneoftheoldestinOntario)波峰/波谷系統(tǒng)壓力波動(dòng)17%水損Benefits智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用1718Installation2:自來(lái)水管網(wǎng)MinimizePressure:Achieveminimumrequirementsattheendofmanylines–butreduceleakageandpipebreaks.CoordinatePumps:Respondtopumpsturningonandofftomeetvarieddemands.AdaptModel:todifferentpumpsizesanddesign(VSD,FCV).21%爆管減少以及維護(hù)費(fèi)用智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用WindsorWaterDistributionMap管網(wǎng)分布圖M1M2M3M4M5M6M7M8M9AJBrianStation#1Station#2智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用19HeaderPressureLogix-BasedMPC

ControllerVFDSpeedSPVFDSpeedSPFCVSPsM1M2M3M4M5M6M7M8PressureMetersMeterPressureLogix-BasedMPC

ControllerPressureSPPavilionRTOIntakeFlowRateReservoirFIDistributionLIOptimalPumpSelectionsLegend

MPCControlsOptimizationControlsMeterPressureLogix-BasedMPC

ControllerPressureSPHeaderPressureLogix-BasedMPC

Controller20ControlStructure智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-智慧水務(wù)智能自動(dòng)化方案-基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制MPC在水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用21PlantPAxMPC解決方案HeaderPressureLogix-BasedMPC

ControllerVFDSpeedSPVFDSpeedSPFCVSPsM1M2M3M4M5M6M7M8PressureMetersMeterPressureLogix-BasedMPC

ControllerPressureSetPointLegend

MPCControls

MeterPressureLogix-BasedMPC

Controlle