控制過(guò)程變量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種借助控制單元控制過(guò)程中的過(guò)程變量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過(guò)程計(jì)量學(xué)中，在各種各樣的過(guò)程中使用控制單元，以便控制過(guò)程變量。在具有 相當(dāng)長(zhǎng)的并且特別是可變的停機(jī)時(shí)間的過(guò)程中，控制面臨特殊要求。
[0003] 這種情況可能發(fā)生在例如污水處理和/或水凈化領(lǐng)域中。污水處理廠中為了處理 例如含污泥的水的液體而進(jìn)行的處理通常特征在于待被處理的液體的流速低。
[0004] 下面基于廢水處理領(lǐng)域中的幾個(gè)特定過(guò)程更詳細(xì)地舉例說(shuō)明。然而，基本問(wèn)題定 義以及根據(jù)下文所述的本發(fā)明的解決方案可轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰哂型C(jī)時(shí)間特征的其它過(guò)程、特別 是處理液體的過(guò)程中控制過(guò)程變量。
[0005] 污水處理廠中的污水凈化通常包括消除氮、有機(jī)化合物和磷酸鹽。為此，采用活性 污泥過(guò)程，也稱為曝氣過(guò)程，其包含生物污水凈化過(guò)程。在這些過(guò)程中，將被降解的物質(zhì)被 微生物轉(zhuǎn)化，并且因而降低這些物質(zhì)在污水中的含量。活性污泥過(guò)程允許轉(zhuǎn)化和/或降解有 機(jī)物質(zhì)和含氮化合物。例如，借助活性污泥過(guò)程，可以降低化學(xué)需氧量(C0D)、生化需氧量 (B0D)和含氮化合物(氨氮含量）。液體中的有機(jī)化合物含量的一種量度也為SAC參數(shù)(光譜 吸收系數(shù)），其指示一個(gè)或者幾個(gè)波長(zhǎng)的輻射的吸收和/或消光，特別是254nm波長(zhǎng)的輻射關(guān) 于lm的所穿透液體的消光。可能使用一個(gè)或者幾個(gè)進(jìn)一步波長(zhǎng)作為基準(zhǔn)。因而，采用活性污 泥過(guò)程降低有機(jī)化合物因此導(dǎo)致SAC降低。
[0006] 在活性污泥過(guò)程中，傳統(tǒng)的氮降解例如借助硝化和脫硝過(guò)程發(fā)生。術(shù)語(yǔ)"硝化"指 銨被細(xì)菌氧化為硝酸鹽。脫硝理解為硝酸鹽中所含的氮被所謂脫硝菌的細(xì)菌轉(zhuǎn)化為分子 氮。雖然硝化過(guò)程需要為含氮化合物的氧化供應(yīng)氧氣，但是脫硝過(guò)程必須在缺氧條件下進(jìn) 行，其中脫硝菌必須具有可獲得的可氧化物質(zhì)的充足供應(yīng)。已經(jīng)建立了兩種不同類(lèi)型的方 法，兩者都允許實(shí)現(xiàn)兩種過(guò)程的這些不同條件，即連續(xù)法和間歇法。在連續(xù)法中，在第一池 (脫硝池）中進(jìn)行脫硝，并且在第二池(硝化池）中進(jìn)行硝化，其中兩個(gè)池也可能進(jìn)一步細(xì)分。 脫硝池厭氧操作，而通過(guò)曝氣機(jī)向硝化池供應(yīng)空氣。硝化池內(nèi)的液體被部分地栗送回脫硝 池（"內(nèi)部再循環(huán)"），以繼續(xù)將硝化過(guò)程期間形成的硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮。硝化池出水的其余部 分流入次處理設(shè)備。在間歇法中，硝化和脫硝在單個(gè)池內(nèi)完成，借助開(kāi)啟和關(guān)閉的曝氣機(jī)間 歇地向池內(nèi)供氣。
[0007] 第一座自動(dòng)污水處理廠完全以間歇法時(shí)間控制而工作。對(duì)于連續(xù)法，硝化池內(nèi)的 曝氣被永久性操作，或者經(jīng)由計(jì)時(shí)器控制。隨后，已知控制曝氣的控制器和裝置，其基于待 被處理的液體的溶解氧濃度或者氧化還原電位的測(cè)量值。最近，已知用于銨和硝酸鹽測(cè)量 值的能在線傳感器，所以現(xiàn)在已經(jīng)可能實(shí)時(shí)地觀測(cè)銨和硝酸鹽濃度，并且因而也基于這些 銨和硝酸鹽測(cè)量值而進(jìn)行控制。
[0008] 由于在連續(xù)法中，待被處理的液體流經(jīng)處理池，所以遵循用于確定控制變量的測(cè) 量點(diǎn)被布置在流動(dòng)方向中的曝氣設(shè)備的下游。對(duì)于間歇法，用于溶解氧或者銨的測(cè)量點(diǎn)通 常也被布置在池內(nèi)的流體排出區(qū)域中，或者甚至是直接布置在池排水口處。這具有下列缺 點(diǎn)，即當(dāng)含氮化合物已經(jīng)到達(dá)測(cè)量點(diǎn)時(shí)，控制單元僅捕獲，即"注意"待被降解的含氮化合物 的負(fù)荷變化。因而，任何負(fù)荷降低都導(dǎo)致太多空氣被供應(yīng)到池內(nèi)。因而，相關(guān)聯(lián)的能量消耗 比必需的高。如果僅注意到液體排出區(qū)域中的負(fù)荷升高，就不能足夠快地激活曝氣，以向硝 化過(guò)程提供足夠的氧氣，從而降解全部的氮或者有機(jī)負(fù)荷。在這些情況下，存在超過(guò)出口閾 值的危險(xiǎn)。在相反負(fù)荷變化情況下，也可能發(fā)生控制開(kāi)始加強(qiáng)和/或搖擺。
[0009] 基于考慮預(yù)期負(fù)荷變化的負(fù)荷預(yù)測(cè)，例如基于已知的每日變化而調(diào)節(jié)或者控制曝 氣是可能的，但是不能易于實(shí)現(xiàn)。其原因之一在于，待被降解的氮受難以預(yù)見(jiàn)的多種因素的 影響，諸如例如天氣影響、污水處理廠的集水區(qū)的工業(yè)廢水的不規(guī)律排放。
[0010]進(jìn)一步考慮在污水處理廠的進(jìn)水區(qū)中，在曝氣池和/或硝化池之前捕獲測(cè)量值，并 且使用它們作為曝氣的調(diào)節(jié)變量。然而，僅以取決于待被處理的液體的流速的特定延遲而 在曝氣機(jī)位置包括被視為用于確定曝氣的調(diào)節(jié)變量的測(cè)量值的任何修改。因此，不可能通 過(guò)從現(xiàn)有技術(shù)已知的方法非常精確地調(diào)節(jié)曝氣機(jī)，以提供該時(shí)刻被盡可能精確地調(diào)節(jié)的曝 氣到在靠近曝氣區(qū)的曝氣池中的液體中存在的、待被降解的物質(zhì)負(fù)荷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于描述一種借助避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的控制單元在過(guò)程 中，特別是具有停機(jī)特征的過(guò)程中控制過(guò)程變量的方法。
[0012] 通過(guò)具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征的方法解決該任務(wù)。在從屬權(quán)利要求中列出 有利實(shí)施例。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的借助第一控制單元控制過(guò)程中的過(guò)程變量的方法包括：
[0014] -基于第一被測(cè)變量的值，順序確定待被供應(yīng)到第一控制單元的基準(zhǔn)變量的值；
[0015] -使用基準(zhǔn)變量的值以及順序確定的過(guò)程變量的值，順序確定作為控制單元的輸 出的調(diào)節(jié)變量的值；
[0016] 其中：
[0017]-通過(guò)按照以下方式，在具有用于分別保存一個(gè)值的數(shù)目K個(gè)存儲(chǔ)位置的第一 FIFO 存儲(chǔ)器中，即在具有數(shù)目K個(gè)邏輯連續(xù)的存儲(chǔ)位置(j = i)的存儲(chǔ)器中順序保存第一被測(cè)變 量的值或者由其導(dǎo)出的值：
[0018] -在第一存儲(chǔ)位置(j = l)中，即在將首先讀取的存儲(chǔ)位置中保存第一FIFO存儲(chǔ)器 中保存的最舊的值
[0019] -并且在最終存儲(chǔ)位置(j=k)中保存第一 FIFO存儲(chǔ)器中最后保存的值；
[0020] -并且通過(guò)僅使用第一 FIFO存儲(chǔ)器中保存的η個(gè)最舊的值，以確定基準(zhǔn)變量的當(dāng)前 值，其中η為值的數(shù)目，其小于保存在第一FIFO存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)位置中的值的數(shù)目Κ，并且大于 或者等于1，
[0021] 來(lái)確定的基準(zhǔn)變量的當(dāng)前值。
[0022] 具有給定數(shù)目K個(gè)邏輯連續(xù)存儲(chǔ)位置的FIFO存儲(chǔ)器指一種作為硬件或者硬件和軟 件的組合實(shí)現(xiàn)的FIFO存儲(chǔ)器，例如能夠借助索引，以使得能夠連續(xù)地、即以由索引確定的順 序讀取其存儲(chǔ)位置的方式識(shí)別其存儲(chǔ)位置。保存在存儲(chǔ)位置中的值尤其能夠?yàn)閿?shù)值。
[0023] 如果每個(gè)存儲(chǔ)位置都精確地包括一個(gè)值，被用于待被供應(yīng)到第一控制單元的基準(zhǔn) 變量的相應(yīng)當(dāng)前值的η個(gè)值是保存在存儲(chǔ)位置j = 1至j =n中的那些值，j為被分配給相應(yīng)存 儲(chǔ)位置的、確定存儲(chǔ)位置的邏輯順序的索引。則數(shù)目η等于被讀取從而確定基準(zhǔn)變量的當(dāng)前 值的第一 FIFO存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)位置的數(shù)目，η小于存儲(chǔ)位置的數(shù)目Κ并且大于或者等于1。換句 話說(shuō):讀取被保存在存儲(chǔ)位置j = l至j=n中的值，以確定基準(zhǔn)變量的當(dāng)前值，其中l(wèi)^n〈k。
[0024] 用于確定第一控制單元的基準(zhǔn)變量的第一被測(cè)變量的當(dāng)前值被保存在第一 FIFO 存儲(chǔ)器中，但是在保存后不立即用于確定基準(zhǔn)變量的當(dāng)前值，因?yàn)閮H最舊的η個(gè)值用于在特 定的時(shí)間點(diǎn)處確定的基準(zhǔn)變量的值。如下文更詳細(xì)描述的，能設(shè)定時(shí)序，利用該時(shí)序，將新 值保存至FIFO存儲(chǔ)器并且以下述方式從FIFO存儲(chǔ)器刪除相應(yīng)的最舊值：即每個(gè)值都僅屬于 在第一 FIFO存儲(chǔ)器中保存的并且用于在對(duì)應(yīng)于過(guò)程的停機(jī)行為的延遲之后確定參考變量 的η個(gè)最舊值。該時(shí)序可能特別取決于進(jìn)一步的被測(cè)變量，例如過(guò)程中的過(guò)程介質(zhì)的體積流 量。該程序在任何給定時(shí)間都向控制單元提供標(biāo)稱值或者基準(zhǔn)變量，其分別對(duì)應(yīng)于實(shí)際發(fā) 生的過(guò)程條件，并且表示過(guò)程條件。通過(guò)考慮第一被測(cè)變量的幾個(gè)順序確定值，減弱被測(cè)變 量中的短期峰值。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，待被提供到第一控制單元的基準(zhǔn)變量的值的順序確定包括：
[0026] -確定與第一被測(cè)變量不同的第二被測(cè)變量的值，其中第二被測(cè)變量的值被用于 確定第一控制單元的基準(zhǔn)變量。
[0027] 這允許：
[0028]-通過(guò)在具有用于分別保存一個(gè)值的數(shù)目Ν個(gè)存儲(chǔ)位置的第二FIFO存儲(chǔ)器中，即在 具有數(shù)目N個(gè)邏輯連續(xù)的存儲(chǔ)位置(h = i)的存儲(chǔ)器中保存第二被測(cè)變量值或者由其導(dǎo)出的 值，
[0029]