Искусственная нейронная сеть для водоканалов

Искусственная нейронная сеть. Управление технологическим процессом в режиме реального времени система для небольших коммунальных предприятий

Технология управления ИНС (искусственная нейронная сеть) определенно созрела благодаря интенсивным исследованиям и разработкам в последнее десятилетие. Кроме того, сочетание технологии автоматического управления технологическим процессом ИНС с технологией дистанционного мониторинга создает еще более мощный инструмент для водоканалов, особенно для небольших водоканалов, которым не хватает опыта очистки воды. Технология дистанционного мониторинга и управления в режиме реального времени позволяет централизованно находиться в центре управления многими водоочистными сооружениями в настоящее время. Благодаря подаче информации в SCADA в режиме реального времени с удаленных заводов инженеры и эксперты по эксплуатации установок могут быстро и эффективно диагностировать проблемы и принимать управляющие действия для устранения проблем в режиме реального времени.

В результате опыт водоподготовки и оперная опорная структура могут быть разделены многими небольшими коммунальными предприятиями. Преимущества удаленного мониторинга и управления на основе ИНС могут быть использованы для улучшения мониторинга процессов и операций тысяч небольших коммунальных предприятий по всей территории России.

Практические реализованные проекты системы автоматизации промышленных предприятий в России, в том числе отдельные исследования дистанционного мониторинга и управления малыми системами, осуществляемые компанией ООО “Экстенсив-Автоматизация“, помогут проложить путь к широкому применению новой технологии.

В России множество небольших коммунальных предприятий и с учетом все более строгих экологических норм, многие из них сталкиваются с серьезными эксплуатационными проблемами из-за нехватки опыта и ресурсов. Чтобы решить эту проблему, можно обратить внимание на исследовательский проект фонда Awwa (AwwaRF). Совместно с EPCOR Water Services и Университетом Альберты, Канада, был запущен проект для разработки передовой технологии автоматической очистки воды, подходящей для доставки высококачественной питьевой воды.

Система управления процессом искусственной нейронной сети (ИНС) представляет собой модельную систему управления. Критическим компонентом системы является модель ИНС процесса обработки.

Модель ИНС создается с помощью системного подхода и ИНС-моделирования для отображения взаимосвязи между входными и выходными переменными процесса. Недавние успешные применения ИНС в водной промышленности включают прогнозирование спроса и потребления воды, прямое управление процессом ИНС, моделирование дозировки коагулянта, моделирование дозы размягчения извести, моделирование эффективности фильтрации, дозирование и контроль хлорирования и тригалометана (THM) и определение качества воды. ИНС уже стала методом моделирования выбора для водной промышленности.

О проекте

Этот проект включает в себя разработку системы управления технологическим процессом на основе модели ИНС для установки очистки воды (WTP) флотатационныхионов растворенного воздуха (DAF) в Порт-Харди, Британская Колумбия, Канада. Результаты этого проекта будут способствовать созданию экономически эффективного решения для небольших коммунальных предприятий по доставке высококачественной воды.

Целями этого проекта были:

1. оценка системы управления и сбора данных (SCADA) и инструментов WTP Port Hardy;
2. моделирование процесса DAF ВТП Порт-Харди с использованием технологии ИНС;
3. автоматизация процесса DAF с помощью системной системы управления в реальном времени ИНС и тестирование системы на в режиме реального времени за год;
4. для удаленной работы и удаленного мониторинга производительности установки из Эдмонтона (-1 100 миль) в режиме реального времени;
5. и оптимизация производительности процесса DAF с помощью двух коагулянтов с системой управления ИНС.

Порт-Харди — курортный город с населением 6000 человек на северо-западном побережье острова Ванкувер, Британская Колумбия. Его основными отраслями промышленности являются рыболовство, производство изделий из древесины и туризм. Местный WTP, построенный в 2000 году, имеет мощность 2,6 мгд (10 мл / сут). Завод оснащен системой SCADA, способной контролировать поток сырой воды, поток очищенной воды, pH процесса DAF, мутность сточных вод каждого фильтра и остаток хлора готовой воды.

Завод черпает сырую воду из реки Цулькате, с водоразделом, который покрывает 45 кв. км лесной площади. Водораздел болотистый и мшистый, а его вода богата танинами и низким рН и мутностью температура колеблется от 2 до 14°C. Сильно колеблющиеся и быстро меняющиеся условия сырой воды предоставляют уникальную возможность проверить возможности и стабильность

Усовершенствованной системы управления ИНС.

Для достижения целей проекта необходимо было выполнить четыре ключевые задачи:

• модернизация аппаратного и программного обеспечения завода для автоматизации,
• интеграция системы управления ИНС с системой SCADA завода,
• тонкая настройка контрольной система и оптимизация производительности DAF, а также
• проверка надежности системы управления ИНС с различными коагулянтами.

Выявленные проблемы с контрольным оборудованием и программным управлением будут наиболее распространенными причинами, по которым небольшие коммунальные предприятия внедряют систему управления ИНС.

 Усовершенствование оборудования завода

Чтобы контролировать процесс DAF в режиме реального времени, модели ИНС требуют различных входов и выходов (качество сырой воды и качество сточных вод DAF), которые обновляются в режиме реального времени. После оценки установки проектная группа решила установить новые онлайн-анализаторы, модернизировать системы химической подачи и внедрить систему мониторинга.

Онлайн установка анализатора

Поскольку не было доступного онлайн-коммерческого анализатора цвета, два настольных цветовых счетчика были преобразованы в систему для мониторинга необработанного цвета воды и цвета сточных вод DAF в режиме реального времени. Система бумажных ленточных фильтров была установлена для фильтр сырой воды и сточных вод DAF перед поступлением в анализаторы цвета. Два счетчика частиц были установлены для контроля количества частиц сырой воды и сточных вод DAF. Два существующих автономных турбидиметра низкого диапазона были подключены к системе SCADA завода для мониторинга мутности сырой воды и сточных вод DAF.

Выводы

Технология управления технологическим процессом ИНС способна обеспечить стабильное и надежное управление в режиме реального времени на полномасштабном заводе DAF. В течение всего года работы под контролем ИНС качество очищенной воды оставалось высоким даже тогда, когда состояние сырой воды было на высоком уровне. Кроме того, система управления ИНН позволила оптимизировать процесс DAF и существенно снизить эксплуатационные расходы. Конкретные выводы, основанные на результатах исследования, включают следующее.

Система управления ИНС смогла распознать быстро меняется состояние сырой воды и соответствующим образом корректируются химические дозы. Было доказано, что система управления ИНС достаточно гибкая, чтобы адаптироваться к другому коагулянту для процесса DAF без необходимости ремоделирования процесса DAF. В ходе проекта система управления ИНС смогла эффективно обрабатывать как квасцы, так и PACl в Порт-Харди WTP.

Было установлено, что система управления ИНС предназначена для оптимизации процесса DAF и реализации существенной экономии химических веществ. В результате операция plant достигла среднемесячной экономии химических веществ в размере 37% с точки зрения использования квасцов, с соразмерной экономией для кальцинированной соды, которая дозируется пропорционально квасцам. Поскольку качество сточных вод из процесса DAF было стабильно лучше в соответствии с контролем ИНС, количество фильтров обратной промывки было снижено на 25%, что повышает эффективность работы.

Было доказано, что PACI является надежной альтернативой квасцам и хорошо функционирует в условиях высокой и низкой температуры, снижая продуктивность сточных вод ниже того, что возможно с квасцами. Общая стоимость эксплуатации PACI снизилась на 18-21 %. Вторичным преимуществом использования PACI является то, что наблюдалось снижение частоты обратной промывки примерно на 12,5%.

Удаленная система мониторинга является отличным инструментом для помощи как местным операторам, так и эксплуатационному персоналу в удаленном режиме.

Операционный центр для решения проблем с эксплуатацией завода в режиме реального времени

Система удаленного мониторинга и управления позволяет операторам удаленно входить в систему SCADA, если они получают системные предупреждения во время дежурства по вызову. С помощью системы управления ИНС операторы могут оценивать работу установки, корректировать контрольные цели и определять, требуется ли посещение завода. Когда операторам требуется помощь, инженеры в удаленном операционном центре могут просматривать операции завода в режиме реального времени и использовать свой опыт для диагностики и решения оперативных проблем.

Система управления ИНС снижает нагрузку на операторов и позволяет им статьпрофессионалами в таких областях, как техническое обслуживание приборов и обеспечение и контроль качества. В Port Hardy WTP оптимизированное использование химических веществ приводит к сокращению физического труда для загрузки химических веществ в их хранилища и тем самым снижает вероятность получения травмы. Кроме того, у операторов есть больше времени, чтобы получить навыки в обслуживании приборов и помочь операторам системы распределения. Такая диверсификация в трудовой деятельности сохраняет работу интересной и повышает производительность операторов.

Система управления ИНС управляет непрерывным функционированием установки

Как эксперт и снижает вероятность внеплановых остановок завода в нерабочее время. WTP Порта Харди находится в относительно отдаленном месте в водоразделе. Каждый ответ из-за внепланового отключения приравнивается к 4 ч сверхурочной работы. Система управления ИНС минимизирует внеплановые отключения и снижает затраты на сверхурочные.