基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的城鎮(zhèn)污水廠活性炭自動(dòng)投加系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來，粉末活性炭憑借吸附效果好和成本低的優(yōu)勢(shì)，不再局限于應(yīng)對(duì)突發(fā)性污染應(yīng)急處理，正逐步發(fā)展成為深度處理的主流技術(shù)。但是粉末活性炭投加系統(tǒng)仍處于人工控制階段，現(xiàn)場需要技術(shù)人員依靠經(jīng)驗(yàn)確定活性炭投加量，存在出水水質(zhì)不穩(wěn)定，活性炭藥耗大等問題。因此，如何根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)自動(dòng)調(diào)節(jié)活性炭投藥量，是粉末活性炭投加系統(tǒng)推廣應(yīng)用中亟需解決的問題，對(duì)中小型城鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和節(jié)能減耗具有重要意義。
　　本論文以浙江省嘉善縣某城鎮(zhèn)污水處理廠的深

2、度處理工藝作為研究背景，以粉末活性炭投加系統(tǒng)作為研究對(duì)象，經(jīng)分析確定了影響活性炭投藥量的主要因素是原水COD、pH和流量。針對(duì)活性炭投加控制系統(tǒng)大滯后、非線性和復(fù)雜性等問題，創(chuàng)新性地提出基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前饋預(yù)測投藥控制器，并確立了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋預(yù)測-PID反饋的復(fù)合控制系統(tǒng)方案。主要研究結(jié)果如下:
　　1、通過燒杯試驗(yàn)獲取46組成功的樣本數(shù)據(jù)，分別選用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多元線性回歸構(gòu)建活性炭投加系統(tǒng)的前饋控制模型。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用

3、三層結(jié)構(gòu)，其中輸入層有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出層有1個(gè)節(jié)點(diǎn)，隱含層有11個(gè)節(jié)點(diǎn)，利用離線訓(xùn)練后的模型對(duì)未學(xué)習(xí)的樣本進(jìn)行仿真，得到與實(shí)際投加量的擬合度R2=0.968，均方根誤差RMSE=0.0091。多元線性回歸模型的表達(dá)式為U=0.0170X1+0.0020X2-0.2078，按相同方法仿真后得到與實(shí)際投加量的擬合度R2=0.909，均方根誤差RMSE=0.0145。對(duì)比仿真結(jié)果可知，活性炭投加系統(tǒng)的前饋控制器采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有明顯的優(yōu)越

4、性，不僅預(yù)測精度高，而且學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，可以適應(yīng)不同水質(zhì)的變化。
　　2、通過對(duì)被控對(duì)象建模的理論分析得到傳遞函數(shù)表達(dá)式。利用粉末活性炭投加飛升實(shí)驗(yàn)得到活性炭投加飛升曲線，找到階躍響應(yīng)曲線拐點(diǎn)(50，49.78)，確定被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為:G0(s)=5.4/(1+33.75s)（1+16.875s)e-26.6s。選用臨界比例度法確定PID控制器的參數(shù)，分別為:Kp=0.36; KI=0.006; KD=5.4。階躍響應(yīng)曲線表明，反

5、饋控制下的系統(tǒng)出水COD超調(diào)量大于40％，達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間為300 min左右。
　　3、在Matlab的Simulink環(huán)境下進(jìn)行前饋BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測-PID反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的仿真，結(jié)果表明復(fù)合控制系統(tǒng)下出水COD的超調(diào)量小于20％，調(diào)節(jié)時(shí)間在70 min左右。示范工程中的上位機(jī)采用裝有WinCC7.0的PC，通過以太網(wǎng)與各PLC站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過OPC通訊工具來完成PC Matlab與PLC之間的通訊，活性炭投加計(jì)量泵流