CN104671462B - 基于双变量二维表的污水处理节能控制方法及控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双变量二维表的污水处理节能控制方法及控制***，用于根据污水流量以及水体中化学需氧量的变化合理调节鼓风机的输出频率及实际工作台数，包括：建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表n定期同时截取当前进水流量Q′和当前水体化学需氧量P′；根据Q′和P′在双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n；根据当前理论输出频率值f_ij和理论工作台数n对鼓风机的输出频率以及实际工作台数n′进行实时调整。本发明的有益效果是实现了智能控制鼓风机变频调速，避免鼓风机频率过小时污水处理不完全或过大时造成的资源浪费。

Description

基于双变量二维表的污水处理节能控制方法及控制***

技术领域

本发明涉及污水处理节能控制方法及节能控制***。更具体地说，本发明涉及一种基于双变量二维表的污水处理节能控制方法及控制***。

背景技术

我国城市污水处理是高能耗行业之一，高能耗一方面造成了污水处理设施运营成本高，另一方面也在一定程度上加剧了我国现阶段的能源危机和环境污染。随着污水处理厂不断增多，污水处理厂的能耗也越来越受到人们的关注。污水处理厂必须研究各种节能减耗的新技术，比如从污水处理设计、设备选型、运行管理控制、维护、升级改造等各个环节来贯彻节能降耗的目标，以此达到缩减污水处理成本、减小用电量、提高经济效益和环境效益的目的。

常规城市污水处理厂运行成本中，电费约占成本的一半以上，其中鼓风机耗电占污水处理厂电耗的60％～70％。而污水处理厂进水流量、水质(COD值)不是固定的，而是随时间呈现不规则变化的，为降低污水厂运行成本、缓解当前能源紧缺，必须对鼓风机进行控制和调节以适应变化的工况，实现节能降耗。目前，有的鼓风机按照固定工频进行曝气，没有任何节能措施；有的鼓风机是以工频节流阀调节的高耗能方式运行，主要采用进风阀门、出风阀门的调节风量方式，使电能大量消耗在档板上，其能耗大、运行效率低、负面影响多。而变频调速技术，是根据电动机转速与输入电源频率成正比的基本原理，实现无级调速，变频器具有结构简单、启动平稳、性能可靠、节能显著等特点，可以达到节能减耗、降低运行费用的目的。

现有的一些采用建立数学模型或智能算法进行变频调节实现节能的方法，大多数比较理论化，在应用到工程的实践过程中会产生很多实际问题，比如风机喘震、仪表检测精度要求高、滞后时间长、操作复杂等，从而影响了其在工程中的使用。而采用PID等控制算法进行调节的又无法适应污水处理过程生化反应复杂的特点，造成出水水质波动大。

发明内容

针对鼓风机存在的问题，结合变频调速的优点，本发明提出了一种基于双变量二维表的污水处理节能控制方法。

本发明的一个目的是实现智能控制鼓风机变频调速，解决鼓风机频率过小时污水处理不完全或过大时造成的资源浪费。

本发明还有一个目的是根据实际经验得到基于专家知识库的双变量二维表，形成由进水流量、水体化学需氧量控制鼓风机频率的双变量二维表体系，利用污水进水流量计、化学需氧量测定仪获得进水流量和水体化学需氧量，通过双变量二维表运算输出鼓风机频率信号，然后通过控制器进行调节，完成对鼓风机的变频调速控制，达到污水处理厂节能降耗的目标。

本发明还有一个目的是提供一种控制鼓风机变频调速、高效运行的***。该***可根据进水流量和化学需氧量测定仪的实时变化，及时调整鼓风机频率，在保证污水处理厂出水达标排放的前提下，使鼓风机高效运行。

为此，本发明提供了一种基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，用于根据污水流量以及污水水体中化学需氧量的变化合理调节鼓风机的实际工作频率以及鼓风机的实际工作台数，包括以下步骤：

1)、建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表n，其中，双变量的交叉点对应逐渐增大的鼓风机理论输出频率值f_ij，并且随着进水流量Q、水体化学需氧量P或鼓风机理论输出频率值f_ij的逐渐增大或者减小，对应鼓风机的理论工作台数n逐渐增加或减少；

2)、定期同时截取当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'；

3)、根据截取的当前所述进水流量Q'和当前所述水体化学需氧量P'在所述双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n；

4)、根据获得的当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n对鼓风机的实际工作频率以及实际工作台数n'进行实时调整。

优选的是，其中，当鼓风机的实际工作台数n'＝1时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值f_ij＜0.6f时，鼓风机的实际工作频率强制执行0.6f，鼓风机的理论工作台数n＝1，其中，f为鼓风机最大频率值；

当鼓风机的实际工作台数n'≥2时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值f_ij＜0.6f时，鼓风机的理论工作台数n＝n'-1，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台，之后重复步骤2)～4)，其中，f为鼓风机最大频率值。

优选的是，其中，当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值0.6f≤f_ij≤1.0f时，鼓风机的实际工作频率调整至所述鼓风机理论输出频率值f_ij，鼓风机的理论工作台数n＝n'，其中，f为鼓风机最大频率值。

优选的是，其中，当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值1.0f＜f_ij≤1.1f时，鼓风机的实际工作频率强制执行f，鼓风机的理论工作台数n＝n'，其中，f为鼓风机最大频率值；

当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值f_ij大于鼓风机的最大频率值f的1.1倍时，鼓风机的理论工作台数n＝n'+1，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台，其中，f为鼓风机最大频率值。

优选的是，其中，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前水体化学需氧量P'带入双变量二维表n中，将P'与双变量二维表n的最大值P_nmax进行比较，如果P'＞P_nmax，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台，其中，定位的具体方法为n'＝n。

优选的是，其中，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与双变量二维表n的最大值Q_nmax进行比较，如果Q'＞Q_nmax，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台，其中，定位的具体方法为n'＝n。

优选的是，其中，当鼓风机的实际工作台数n'≥2时，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与双变量二维表n的最大值Q_(n-1)max进行比较，如果Q'＜Q_(n-1)max，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台，其中定位方法为n'＝n。

优选的是，其中，所述鼓风机的理论输出频率值f_ij由算法得到，具体为：

f_ij＝f_n+Δf_ij(n)

Δf_ij＝θ_ij×Δf_n

θ_ij＝k×ln[i+j-(N′+N)/2]

其中：f_ij为双变量二维表n中第i行、第j列对应鼓风机理论输出频率值；f_n为双变量二维表n中起始鼓风机频率，是双变量二维表n中的基础频率，其中，f_n＝0.6f；Δf_ij(n)为双变量二维表n中鼓风机频率实际增加步长；θ_ij为步长增加系数；Δf_n为双变量二维表n基础步长增量；N′、N表示双变量二维表n-1中总行数、列数；[i+j-(N′+N)/2]表示双变量二维表n中i行j列距双变量二维表n中基础频率的步长数，即在基础频率上增加几个步长，双变量二维表1中设(N′+N)/2＝1；k为仪器系数，所述仪器系数为0.9～1.1；双变量二维表n为双变量二维表中对应的鼓风机的理论工作台数为n时所对应的部分；双变量二维表n-1为双变量二维表中对应的鼓风机的理论工作台数为n-1时所对应的部分。

优选的是，其中，当鼓风机的最大频率值f为50Hz时，单台鼓风机可承担的进水流量Q为0～1600t/h，水体化学需氧量P为0～400mg/L。

一种用于所述的基于双变量二维表的污水处理节能控制方法的节能控制***，包括：

反应池；

进水流量计，其用于检测所述反应池的当前进水流量Q'；

化学需氧量测定仪，其用于检测所述反应池中的当前水体化学需氧量P'；

智能控制器，其与所述进水流量计和所述水体化学需氧量测定仪电连接，并采集当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'；

鼓风机，其通过管道连接空气扩散装置，所述空气扩散装置置于所述反应池中；

启闭控制器，其与所述鼓风机和智能控制器电连接，所述启闭控制器用于控制所述鼓风机的启闭；

上位机，其与所述智能控制器电连接，所述上位机用于建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表n，其中，双变量的交叉点对应逐渐增大的鼓风机理论输出频率值f_ij，并且随着进水流量Q、水体化学需氧量P或鼓风机理论输出频率值f_ij的逐渐增大或者减小，对应鼓风机的理论工作台数n逐渐增加或减少；

所述上位机根据所述智能控制器采集和上传的所述当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'在所述双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n，根据对获得的当前鼓风机的理论输出频率值f_ij与鼓风机的实际工作频率值进行比较，并向所述智能控制器发出对鼓风机的实际工作频率进行调节的指令；根据对鼓风机理论工作台数n与实际工作台数n'进行比较，并向所述智能控制器发出鼓风机启闭数量的指令。

本发明至少包括以下有益效果：本发明通过改变鼓风机的运行控制方式，构建污水处理厂鼓风机智能控制***，对鼓风机运行频率进行智能控制，在保证污水处理厂出水达标的前提下，来提高***的能源利用率，实现较大幅度的节能降耗，挖掘出水厂更大的处理潜力。本发明可以根据进水水量、化学需氧量灵活控制鼓风机频率，解决鼓风机频率不能随实际进水动态变化而及时作出最优应变的问题；可以在工程中发挥高效节能效果，解决现有理论方法难以实际应用的问题；各参数可调，运行灵活，解决一些工艺运行死板、机械的问题；只需污水处理厂的两个基本指标：进水流量、化学需氧量，解决其他方法操作复杂、仪器精度要求高等问题。本发明在鼓风机变频调节方面具有重要的工程实用价值，其他方面，如水泵、加药泵、污泥泵、搅拌器等各种污水处理厂常用设备均可采用此方法进行控制，进而从污水处理厂各环节贯彻执行节能减耗的目标，获取更高的经济、环境效益。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例中双变量二维表运算单位命令示意图；

图2为本发明的运行决策***控制结构图；

图3为本发明的***集成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1和图2所示，本发明提供了一种基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，用于根据污水流量以及污水水体中化学需氧量的变化合理调节鼓风机的实际工作频率以及鼓风机的实际工作台数，包括以下步骤：

1)、建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表n，其中，双变量的交叉点对应逐渐增大的鼓风机理论输出频率值f_ij，并且随着进水流量Q、水体化学需氧量P或鼓风机理论输出频率值f_ij的逐渐增大或者减小，对应鼓风机的理论工作台数n逐渐增加或减少；

2)、定期同时截取当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'；

3)、根据截取的当前所述进水流量Q'和当前所述水体化学需氧量P'在所述双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n；

4)、根据获得的当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n对鼓风机的实际工作频率以及实际工作台数n'进行实时调整。

在另一种实例中，当鼓风机的实际工作台数n'＝1时，并且根据双变量二维表n获得鼓风机理论输出频率值f_ij＜0.6f时，鼓风机的实际工作频率强制执行0.6f，鼓风机的理论工作台数n＝1，其中，f为鼓风机最大频率值；

当鼓风机的实际工作台数n'≥2时，并且根据双变量二维表n获得鼓风机理论输出频率值f_ij＜0.6f时，鼓风机的理论工作台数n＝n'-1，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台，之后重复步骤2)～4)。

在另一种实例中，当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得鼓风机理论输出频率值0.6f≤f_ij≤1.0f时，鼓风机的实际工作频率调整至鼓风机理论输出频率值f_ij，鼓风机的理论工作台数n＝n'。

在另一种实例中，当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得鼓风机理论输出频率值1.0f＜f_ij≤1.1f时，鼓风机的实际工作频率强制执行f，鼓风机的理论工作台数n＝n'；

当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得鼓风机理论输出频率值f_ij大于鼓风机的最大频率值f的1.1倍时，鼓风机的理论工作台数n＝n'+1，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台。

在另一种实例中，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前水体化学需氧量P'带入双变量二维表n中，将P'与双变量二维表n的最大值P_nmax进行比较，如果P'＞P_nmax，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台，其中，定位的具体方法为n'＝n。

在另一种实例中，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与双变量二维表n的最大值Q_nmax进行比较，如果Q'＞Q_nmax，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台，其中，定位的具体方法为n'＝n。

在另一种实例中，当鼓风机的实际工作台数n'≥2时，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与双变量二维表n的最大值Q_(n-1)max进行比较，如果Q'＜Q_(n-1)max，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台，其中定位方法为n'＝n。

在另一种实例中，鼓风机的理论输出频率值f_ij由算法得到，具体为：

f_ij＝f_n+Δf_ij(n)(2-1)

Δf_ij＝θ_ij×Δf_n(2-2)

θ_ij＝k×ln[i+j-(N′+N)/2](2-3)

其中：f_ij为双变量二维表n中第i行、第j列对应鼓风机理论输出频率值；f_n为双变量二维表n中起始鼓风机频率，是双变量二维表n中的基础频率，f_n＝0.6f；Δf_ij(n)为双变量二维表n中鼓风机频率实际增加步长；θ_ij为步长增加系数；Δf_n为双变量二维表n基础步长增量；N′、N表示双变量二维表n-1中总行数、列数；[i+j-(N′+N)/2]表示双变量二维表n中i行j列距双变量二维表n中基础频率的步长数，即在基础频率上增加几个步长，双变量二维表1中设(N′+N)/2＝1；k为仪器系数，仪器系数为0.9～1.1，运行良好时取0.9，运行较差时取1.1；双变量二维表n为双变量二维表中对应的鼓风机理论台数为n时所对应的部分；双变量二维表n-1为双变量二维表中对应的鼓风机理论台数为n-1时所对应的部分。

在另一种实例中，当鼓风机的最大频率值f为50Hz时，建议单台鼓风机分担进水流量Q为0～1600t/h，分担水体化学需氧量P为0～400mg/L，应用者可根据实际情况而定。

如图3所示，一种用于基于双变量二维表的污水处理节能控制方法的节能控制***，包括：

反应池；

进水流量计，检测所述反应池的当前进水流量Q'；

化学需氧量测定仪，检测所述反应池中的当前水体化学需氧量P'；

智能控制器，与进水流量计和所述水体化学需氧量测定仪电连接，并采集当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'；

鼓风机，通过管道连接空气扩散装置，所述空气扩散装置置于所述反应池中；

启闭控制器，与鼓风机和智能控制器电连接，用于控制所述鼓风机的启闭；

上位机，与智能控制器电连接，上位机用于建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表n，其中，双变量的交叉点对应逐渐增大的鼓风机理论输出频率值f_ij，并且随着进水流量Q、水体化学需氧量P或鼓风机理论输出频率值f_ij的逐渐增大或者减小，对应鼓风机的理论工作台数n逐渐增加或减少；

上位机根据智能控制器采集和上传的当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'在双变量二维表中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n，根据对获得的当前鼓风机的理论输出频率值f_ij与鼓风机的实际工作频率值进行比较，并向智能控制器发出对鼓风机的实际工作频率进行调节的指令；根据对鼓风机理论工作台数n与实际工作台数n'进行比较，并向智能控制器发出鼓风机启闭数量的指令。

本发明以进水流量和化学需氧量(COD)的数值为输入，通过双变量二维表运算结果控制鼓风机频率，进而调节污水厂出水水质。具体而言，在本发明中首先测定进水流量Q'、化学需氧量P'，然后根据测量值的区间划分，依据基于专家知识库的双变量二维表运算单元，产生合适的控制作用，即鼓风机应执行的运行频率f_ij，以此控制作用来改变控制量(鼓风机频率)，使鼓风机频率根据进水双变量自动调节。鼓风频率f_ij主要有人工输入和算法输入两种输入方式：污水处理厂可根据实际运行经验，由人工输入f_ij值，对运行中的鼓风机进行变频调节；污水厂可根据基于专家知识库双变量二维表的计算结果，控制鼓风机变频调速，同时，每个污水处理厂可以根据实际运行状况，对双变量二维表中算法输入的参数进行设定、调节，实现鼓风机变频调速，以达到高效节能降耗的目标。如设备运行良好时，流量或COD每增加一个梯度，鼓风机频率随之增加一个梯度，运行工艺逐渐适应负荷增加后的工况，鼓风机增加梯度值逐渐减缓，以充分利用微生物和鼓风机供氧。

算法中各参数设定：双变量二维表中有多个可调参数，可以根据污水处理厂实际情况设定、调节，使其能够灵活适应各种运行工况，工程效应显著。

1)设定值均为范围值：各设定值均为范围值，充分考虑工艺波动性，避免设定值为单一值时易造成的鼓风机频率频繁调整，保护鼓风机，节约电能；

2)流量间隔可调：进水流量(Q)梯度可由各污水处理厂自行调整，根据实际运行工况如处理效果良好时可以适当加大流量梯度(双变量二维表内部可以调节ΔQ_i；表间可以调节Q_i′-Q_i；各值均为范围值)，灵活适应实际工况，保证鼓风机高效运行，以提高经济和环境效益。

3)COD间隔可调：COD梯度可以由污水处理厂根据实际运行工况自行调整，如COD处理效果良好时可以适当加大COD梯度(双变量二维表内部可调ΔP_j；各双变量二维表间可以调节P_j′-P_j；各值均为范围值)，方便、快捷，可以灵活适应处理厂实际工况，高效节能。

4)鼓风机频率及增加步长可调：鼓风机基础频率f_n可调，污水处理厂能够根据自身污水厂处理效果进行调节，例如鼓风机的最大频率为50Hz，那么调节范围为30Hz≤f_n≤50Hz。鼓风机频率实际增加步长(Δf_ij(n))亦可根据污水处理厂运行经验及实际工况，由厂家自行调节。由公式(2-2、2-3)可知，Δf_ij(n)由k、Δf_n确定，污水处理厂可根据鼓风机运行状况自行设定，如某厂有一台常用鼓风机且运行良好则设Δf₁＝5k＝0.9；鼓风机运行正常时设Δf₁＝5.5k＝1；在运行较差时设Δf₁＝6k＝1.1。

5)反应时间可调：每一次进水流量、进水水质的变化，即可通过双变量二维表计算得鼓风机应对频率，然后通过控制器调节鼓风机频率。从进水流量或进水水质变化起，至鼓风机频率改变，这段时间记为反应时间(Δt)，同样可由污水处理厂自行进行设定、调节。污水处理厂容积较大，进水水量或水质变化不会立即影响整个水厂的运行，因此需要仔细设定反应时间，避免鼓风机频率过早增加造成浪费或增加较晚影响处理效果，污水厂可依据自身运行情况进行设定、调整。双变量二维表1、双变量二维表2、双变量二维表n的具体计算过程见附录1、附录2和附录3。

附录1双变量二维表1

附录2双变量二维表2

附录3双变量二维表n

实施例一：以鼓风机的最大频率为50Hz，鼓风机的台数为2为例。

其中表1为5万吨污水处理厂两台常用鼓风机变频调速双变量二维表2，以设备运行良好设定参数，形成如表1所示基于专家知识库鼓风机变频调速双变量二维表，其中横坐标为水体化学需氧量，纵坐标为进水流量，表1中的“/”斜线后表示鼓风机实际应运行频率，当计算得鼓风机频率大于50Hz且小于55Hz时，按50Hz运行，即单台鼓风机以最大频率运行。具体调频过程为：

1、在上位机中建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表2，其中，双变量的交叉点对应逐渐增大的鼓风机理论输出频率值f_ij；

2、向上位机中输入当前工作状态的鼓风机数量2，上位机将自动调节到双变量二维表2，智能控制器采集由进水流量计和化学需氧量测定仪定期同时截取的当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'，并将其上传至上位机，上位机根据智能控制器采集和上传的当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'在双变量二维表2中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n，包括以下几种情况：

首先将当前水体化学需氧量P'和当前进水流量Q'分别与双变量二维表2中的P_2max和Q_2max进行比较：

(1)、将截取的当前水体化学需氧量P'带入双变量二维表2中，将P'与双变量二维表2的最大值P_2max进行比较，如果P'＞P_2max，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台；

(2)、将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表2中，将Q'与双变量二维表2的最大值Q_2max进行比较，如果Q'＞Q_2max，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台；

(3)、将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与双变量二维表1的最大值Q_1max进行比较，如果Q'＜Q_1max，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台；

若同时满足P'＞P_2max及Q_1max≤Q'＜Q_2max时，则根据双变量二维表2计算鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n，分为以下几种情况：

a、如果根据双变量二维表2获得鼓风机理论输出频率值f_ij＜30Hz，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台。

b、根据双变量二维表2获得所述鼓风机理论输出频率值30Hz≤f_ij＜50Hz时，智能控制器控制鼓风机内的变频器将鼓风机的实际工作频率调整至鼓风机理论输出频率值f_ij，鼓风机的理论工作台数为2。

c、根据双变量二维表2获得鼓风机理论输出频率值50Hz＜f_ij≤55Hz时，智能控制器控制鼓风机内的变频器强制鼓风机执行50Hz的实际工作频率，鼓风机的理论工作台数为2；

d、根据双变量二维表2获得鼓风机理论输出频率值f_ij＞55Hz时，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台。

表15万吨污水处理厂----鼓风机变频调速双变量二维表(2)

实施例二：以鼓风机的最大频率为50Hz，鼓风机的台数为n为例。

1、在上位机中建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表n，其中，双变量的交叉点对应逐渐增大的鼓风机理论输出频率值f_ij；

2、向上位机中输入当前工作状态的鼓风机数量n，上位机将自动调节到双变量二维表n，智能控制器采集由进水流量计和化学需氧量测定仪定期同时截取的当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'，并将其上传至上位机，上位机根据智能控制器采集和上传的当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'在双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n，包括以下几种情况：

首先将当前水体化学需氧量P'和当前进水流量Q'分别与双变量二维表n中的P_nmax和Q_nmax进行比较：

(1)、将截取的当前水体化学需氧量P'带入双变量二维表n中，将P'与双变量二维表n的最大值P_nmax进行比较，如果P'＞P_nmax，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台；

(2)、将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与双变量二维表n的最大值Q_nmax进行比较，如果Q'＞Q_nmax，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台；

(3)、将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与最大值Q_(n-1)max进行比较，如果Q'＜Q_(n-1)max，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台；

若同时满足P'＞P_nmax及Q_(n-1)max≤Q'＜Q_nmax时，则根据双变量二维表n计算鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n，分为以下几种情况：

a、如果根据双变量二维表n获得鼓风机理论输出频率值f_ij＜30Hz，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台。

b、根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值30Hz≤f_ij≤50Hz时，智能控制器控制鼓风机的变频器将鼓风机的实际工作频率调整至鼓风机理论输出频率值f_ij，鼓风机的理论工作台数为n。

c、根据双变量二维表n获得鼓风机理论输出频率值50Hz＜f_ij≤55Hz时，智能控制器控制鼓风机的变频器强制鼓风机执行50Hz的实际工作频率，鼓风机的理论工作台数为n；

d、根据双变量二维表n获得鼓风机理论输出频率值f_ij＞55Hz时，启闭控制器调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台。

本发明的节能控制***针对污水厂进水动态变化，通过各指标检测仪表将动态数据信息收集，并通过智能控制器输入到上位监控***，由上位监控***对信息进行处理、分析，计算对应的鼓风机适宜运行频率，通过智能控制器输出鼓风机频率，同时上位监控***通过智能控制器将信号输入设备控制及状态以控制设备(鼓风机)的启闭。

基于双变量二维表的污水处理节能控制装置的智能控制流程：首先各指标检测仪表通过智能控制器将进水流量、进水COD等信息输入上位监控***，通过上位监控***运行决策支持***中双变量二维表计算鼓风机频率值f_ij，并通过智能控制器输出给鼓风机频率输出和鼓风机启闭控制器，鼓风机频率输出控制鼓风机执行上位监控***指令，鼓风机启闭控制器控制鼓风机运行启闭状态。

其具体的运行操作过程为：

(1)通过各指标检测仪表获得进水流量、进水COD，并将数据通过智能控制器输入上位监控***，其中智能控制器完成信号的转换与传递，一方面接收各指标检测仪表输入数据，及鼓风机运行状态、频率，将所收集信息输入上位监控***；另一方面接收上位监控***信号，控制鼓风机状态、频率输出。

(2)上位监控***接受智能控制器输入信号，通过核心双变量二维表计算鼓风机适宜频率，并将结果输入智能控制器；

(3)智能控制器根据上位监控***指令，输出信号至鼓风机频率输出、鼓风机启闭控制器；

(4)鼓风机根据鼓风机频率输出，执行鼓风机频率；根据鼓风机启闭控制器，控制鼓风机启闭。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，用于根据污水流量以及污水水体中化学需氧量的变化合理调节鼓风机的实际工作频率以及鼓风机的实际工作台数，其特征在于，包括以下步骤：

1)、建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表n，其中，双变量的交叉点对应逐渐增大的鼓风机理论输出频率值f_ij，并且随着进水流量Q、水体化学需氧量P或鼓风机理论输出频率值f_ij的逐渐增大或者减小，对应鼓风机的理论工作台数n逐渐增加或减少；

2)、定期同时截取当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'；

3)、根据截取的当前所述进水流量Q'和当前所述水体化学需氧量P'在所述双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n；

4)、根据获得的当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n对鼓风机的实际工作频率以及实际工作台数n'进行实时调整。

2.如权利要求1所述基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，其中，

当鼓风机的实际工作台数n'＝1时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值f_ij＜0.6f时，鼓风机的实际工作频率强制执行0.6f，鼓风机的理论工作台数n＝1，其中，f为鼓风机最大频率值；

当鼓风机的实际工作台数n'≥2时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值f_ij＜0.6f时，鼓风机的理论工作台数n＝n'-1，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台，之后重复步骤2)～4)，其中，f为鼓风机最大频率值。

3.如权利要求1所述基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，其中，当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值0.6f≤f_ij≤1.0f时，鼓风机的实际工作频率调整至所述鼓风机理论输出频率值f_ij，鼓风机的理论工作台数n＝n'，其中，f为鼓风机最大频率值。

4.如权利要求1所述基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，其中，当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值1.0f＜f_ij≤1.1f时，鼓风机的实际工作频率强制执行f，鼓风机的理论工作台数n＝n'，其中，f为鼓风机最大频率值；

当鼓风机的实际工作台数n'≥1时，并且根据双变量二维表n获得所述鼓风机理论输出频率值f_ij大于鼓风机的最大频率值f的1.1倍时，鼓风机的理论工作台数n＝n'+1，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台，其中，f为鼓风机最大频率值。

5.如权利要求1所述基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，其中，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前水体化学需氧量P'带入双变量二维表n中，将P'与双变量二维表n的最大值P_nmax进行比较，如果P'＞P_nmax，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台，其中，定位的具体方法为n'＝n。

6.如权利要求1所述基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，其中，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与双变量二维表n的最大值Q_nmax进行比较，如果Q'＞Q_nmax，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上增加1台，其中，定位的具体方法为n'＝n。

7.如权利要求1所述基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，其中，当鼓风机的实际工作台数n'≥2时，根据鼓风机的实际工作台数n'在双变量二维表n中进行定位，将截取的当前进水流量Q'带入双变量二维表n中，将Q'与双变量二维表n的最大值Q_(n-1)max进行比较，如果Q'＜Q_(n-1)max，调整鼓风机的实际工作台数在原有工作状态的鼓风机数量上减少1台，其中定位方法为n'＝n。

8.如权利要求1-7中任一项所述的基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，其中，所述鼓风机的理论输出频率值f_ij由算法得到，具体为：

f_ij＝f_n+Δf_ij(n)

Δf_ij＝θ_ij×Δf_n

θ_ij＝k×ln[i+j-(N′+N)/2]

其中：f_ij为双变量二维表n中第i行、第j列对应鼓风机理论输出频率值；f_n为双变量二维表n中起始鼓风机频率，是双变量二维表n中的基础频率，f_n＝0.6f；Δf_ij(n)为双变量二维表n中鼓风机频率实际增加步长；θ_ij为步长增加系数；Δf_n为双变量二维表n基础步长增量；N′、N表示双变量二维表n-1中总行数、列数；[i+j-(N′+N)/2]表示双变量二维表n中i行j列距双变量二维表n中基础频率的步长数，即在基础频率上增加几个步长，双变量二维表1中设(N′+N)/2＝1；k为仪器系数，所述仪器系数为0.9～1.1；双变量二维表n为双变量二维表中对应的鼓风机的理论工作台数为n时所对应的部分；双变量二维表n-1为双变量二维表中对应的鼓风机的理论工作台数为n-1时所对应的部分。

9.如权利要求8所述的基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，其中，当鼓风机的最大频率值f为50Hz时，单台鼓风机可承担的进水流量Q为0～1600t/h，水体化学需氧量P为0～400mg/L。

10.一种用于如权利要求1-9中任一项所述的基于双变量二维表的污水处理节能控制方法的节能控制***，其特征在于，包括：

反应池；

进水流量计，其用于检测所述反应池的当前进水流量Q'；

化学需氧量测定仪，其用于检测所述反应池中的当前水体化学需氧量P'；

智能控制器，其与所述进水流量计和所述水体化学需氧量测定仪电连接，并采集当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'；

鼓风机，其通过管道连接空气扩散装置，所述空气扩散装置置于所述反应池中；

启闭控制器，其与所述鼓风机和智能控制器电连接，所述启闭控制器用于控制所述鼓风机的启闭；

上位机，其与所述智能控制器电连接，所述上位机用于建立以分别逐渐增大的进水流量Q和水体化学需氧量P为变量的双变量二维表n，其中，双变量的交叉点对应逐渐增大的鼓风机理论输出频率值f_ij，并且随着进水流量Q、水体化学需氧量P或鼓风机理论输出频率值f_ij的逐渐增大或者减小，对应鼓风机的理论工作台数n逐渐增加或减少；

所述上位机根据所述智能控制器采集和上传的所述当前进水流量Q'和当前水体化学需氧量P'在所述双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值f_ij和鼓风机理论工作台数n，根据对获得的当前鼓风机的理论输出频率值f_ij与鼓风机的实际工作频率值进行比较，并向所述智能控制器发出对鼓风机的实际工作频率进行调节的指令；根据对鼓风机理论工作台数n与实际工作台数n'进行比较，并向所述智能控制器发出鼓风机启闭数量的指令。