Реферат на тему «Розробка комп'ютеризованої системи підтримки прийняття рішень управління аеротенками»

  1. Мета і завдання даного дослідження
  2. Актуальність теми
  3. Передбачувана наукова новизна
  4. Передбачувана практична цінність
  5. Огляд досліджень і розробок по темі
  6. Математична модель задачі
  7. Нечітка логіка
  8. Висновок
  9. Список літератури

Мета і завдання даного дослідження

     Метою цієї роботи є вдосконалення методів і алгоритмів обробки інформації для підтримки прийняття рішень з управління очищенням стічних вод на основі теорії нечітких множин.      У рамках даної роботи були поставлені наступні завдання:
   – Дослідження параметрів об'єкта комп'ютеризації;
   – Побудова об'єктно-подієвої моделі об'єкта;
   – Розробки і реалізація системи підтримки прийняття рішень.

Актуальність теми

     Актуальність роботи зумовлена потребою використання експертних знань і досвіду, підвищення точності у прийнятті рішень з управління процесу очищення стічних вод, зниження матеріальних витрат на підготовку персоналу.

Передбачувана наукова новизна

     Науковою новизною даної роботи є розробка об'єктно-еволюційної моделі системи та застосування нечіткої логіки для створення системи підтримки прийняття рішень.

Передбачувана практична цінність

     Реалізація даної системи дозволить більш якісно очищати стічну воду від забруднень.

Огляд досліджень і розробок по темі

     Застосування методів і засобів штучного інтелекту надає нові можливості для вирішення проблем управління очисними спорудами. Системи підтримки прийняття рішень на основі штучного інтелекту в ідеальному випадку повинні мати рівнем ефективності рішень неформалізованих завдань, яке можна порівняти з людським або перевершує його. На даний момент за кордоном існують ряд систем підтримки прийняття рішень, що застосовуються для очищення стічних вод. Перелік існуючих систем представлений в таблиці 1.

     Таблиця 1. Засоби штучного інтелекту, розроблені для очисних споруд.
Назва та розробник Моделі подання знань Основні функції і характеристики
СППР реального часу, Baeza, J (Іспанія) [1] Правила Регулювання роботи очисних споруд. Управління процесом очищення стічних вод по локально-обчислювальної мережі або через Інтернет.
СППР для визначення стану очисних споруд, Riano, D (Іспанія) [2] Правила Система автоматичного побудови правил, використовуваних для ідентифікації стану очисних споруд.
CППР для керування очисними спорудами, Yang, CT (Корея) [3] Правила Експертна система для визначення послідовності стадій очищення води на очисних спорудах.
СППР для керування очисними спорудами, Wiese, J., Stahl, A., Hansen, J. (Німеччина) [4] Прецеденти СППР для визначення шкідливих мікроорганізмів у системі активного мулу.

Математична модель задачі

     Процес біологічного очищення представлений на малюнку 1.

Рисунок 1 – Загальний вид процесу біологічного очищення стічних вод

     Де 1 – Не очищена вода, 2 – Аератор, 3 – Вторинний відстійник, 4 – Очищена вода, 5 – Повітря, 6 – Компресор, 7 – Відпрацьований відстій, 8 – Насос, 9 – Активний мул
     Найбільш важливими факторами, що впливають на розвиток та життєздатність активного мулу, а також якість біологічної очистки, є: температура, наявність поживних речовин, вміст розчиненого кисню в мулової суміші, значення рН, присутність токсинів [6 ]. Задовільна робота аеротенків в значній мірі визначається також технологічним режимом експлуатації, де основне значення мають:
   – Оптимальне співвідношення між концентрацією забруднюючих речовин, присутніх у стічних водах, і робочої дозою активного мулу по масі;
   – Необхідний час контакту забруднених стічних вод з активним мулом;
   – Достатня аеробної системи.
     При зменшенні дози мулу виникає ефект підвищення навантаження та зниження якості очищення, при збільшенні дози не може ефективне розділення мулу та очищеної води у вторинних відстійниках. Порушення оптимального співвідношення між концентрацією забруднюючих речовин у воді і робочої дозою активного мулу призводить до погіршення його седиментаційних властивостей, і як наслідок, до зростання мулового індексу. Одне з основних вимог до мулового індексу - стабільність його значень, що вказує на задовільні умови життєдіяльності мулу і задовільний режим експлуатації споруд (оптимальна кількість мулу видаляється з системи і підтримується нормальна доза поворотного мулу) [6]. Погані аераційні умови для активного мулу можуть бути обумовлені наступними причинами:
   – Покладами і мікрозалежамі погано перемішуються мулу в різних ділянках аеріруемой зони;
   – Підвищенням питомих навантажень на активний мул за рахунок зростання вмісту розчинених органічних речовин у вступників на очищення водах;
   – Впливом токсикантів на активний мул;
   – Зростанням кіслородпоглощаемості активного мулу з-за порушення режиму вивантаження осаду з вторинних відстійників;
   – Перевищенням оптимальної концентрації поворотного мулу (недолік кисню виникає при збільшенні біомаси активного мулу).
     Виконаний аналіз процесу біохімічної очистки води дозволяє визначити наступні возмущающие чинники:
   – Температура стічних вод, τ СВ ;
   – Концентрація забруднюючих речовин в стічній воді, s i ;
   – Концентрація токсичних речовин, s Т .
     Основними технологічними параметрами, (керованими змінними), що характеризують ефективність процесу біохімічної очистки, є:
   – Масова навантаження на активний мул, L S ;
   – Концентрація забруднень на виході аератора, s;
   – Швидкість споживання кисню активним мулом, dQ кисл / dt;
   – Концентрація мікроорганізмів у аераторі, з x .
     Основними керуючими впливами, які дозволяють впливати на керовані змінні, є:
   – Витрата повітря, що подається в аеротенки, Q пов ;
   – Витрата активного мулу, що подається в аеротенки, Q Іл .
     Аналіз процесу біохімічної водоочищення дозволяє виконати його декомпозицію і виділити наступні основні технологічні модулі: аератор, компресорна станція, насосна установка. Розглянемо основні співвідношення, що описують фізичні процеси в кожному технологічному модулі. Найбільш складним технологічним модулем є аератор. Рівняння балансу маси мікроорганізмів має вигляд:
V * (dc x / dt) = Q Іл * з xr - (Q + Q Іл ) * c x + V * (μ * c x - b * c x ) (1)
     Де V - об'єм стічних вод; c x - концентрація мікроорганізмів у аераторі; c xr - концентрація мікроорганізмів у зворотньому мулі, Q - вхідний потік (витрата) стічних вод; Q Іл - потік (витрата) поворотного мулу; b - питомий показник загибелі мікроорганізмів; μ - питомий показник росту мікроорганізмів, що залежить від концентрації забруднень:
μ = μ ^ * s / (K + s) (2)

     Де μ ^ - максимальне значення показника росту мікроорганізмів; K - постійний параметр, що залежить від конструкції аератора; s - концентрація забруднень у аераторі.
     Рівняння балансу забруднень у аераторі можна записати у вигляді:
V * ds / dt = Q * s i - Q Іл * s - (Q + Q Іл ) * s - V * μ / Y * c x (3)

     Де s i - концентрація забруднень у вхідному потоці стічних вод; Y - коефіцієнт відтворення.
     Рівняння балансу маси розчиненої в аеротенку кисню можна записати у вигляді:
(dc кисл ) / dt = α * Q пов (з S кисл - з кисл ) - (dQ кисл ) / dt (4)

     Де c кисл - концентрація розчиненого кисню; α - коефіцієнт розчинності кисню; з S кисл - рівноважна концентрація кисню у воді (концентрація насичення).
     Навантаження на мул - це співвідношення кількостей поданих забруднень і маси мулу в одиницю часу. За міру маси мулу беруть 1г сухої речовини мулу. За міру кількості забруднень приймають їх кількісні еквіваленти - біохімічне споживання кисню (БПК), хімічне споживання кисню (ХСК). Навантаження на мул є головною контрольованої величиною, що впливає, як на інші контрольовані параметри, так і регульовані величини. Це означає, що при зміні навантаження на мул виявляться різними: відношення максимальної швидкості переносу кисню до швидкості його споживання клітинами, питома приріст мулу на одиницю величини БПК, відносний приріст мулу щодо його кількості в системі та інші залежності.
     Навантаження на мул оцінюється як загальна кількість органічних забруднень, що у споруду, віднесене до загальної кількості сухої маси беззольний частини мулу.
L S = (s i * (Q + Q Іл )) / (s * (1 - Z) * V) (5)

     Де Z - зольність мулу.
     Забезпечення мулової суміші киснем має відповідати швидкості його споживання. У свою чергу, концентрація активного мулу в аеротенку обумовлює необхідну швидкість подачі кисню в аеротенк. Швидкість споживання кисню свідчить про ступінь активності активного мулу і ступеня його регенерації.

Нечітка логіка

     Нечітка система (НС) - це система, особливістю опису якої є:
   – Нечітка специфікація параметрів;
   – Нечітке опис вхідних та вихідних змінних системи;
   – Нечітке опис функціонування системи на основі продукційних «ЯКЩО ... ТО ...» правил.
     Процес управління системою безпосередньо пов'язаний з вихідної змінної нечіткої системи управління, але результат нечіткого логічного висновку є нечітким, а фізична виконавчий пристрій не здатне сприйняти таку команду. Необхідні спеціальні математичні методи, що дозволяють переходити від нечітких значень величин до цілком визначеним. У цілому весь процес нечіткого керування можна розбити на кілька стадій: фаззификації, розробка нечітких правил і дефаззіфікації.
     Фаззификації (перехід до нечіткості). даній стадії точні значення вхідних змінних перетворюються на значення лінгвістичних змінних за допомогою застосування деяких положень теорії нечітких множин, а саме - за допомогою певних функцій приналежності. [8]
     Лінгвістичні змінні. У нечіткої логіки значення будь-якої величини подаються не числами, а словами природної мови і називаються «термами». [8]
     Функції приналежності. Належність кожного точного значення до одного з термів лінгвістичної змінної визначається за допомогою функції приналежності.
     Розробка нечітких правил. На цій стадії визначаються продукційні правила, що зв'язують лінгвістичні змінні. Більшість нечітких систем використовують продукційні правила для опису залежностей між лінгвістичними змінними. Типове продукційне правило складається з антецедента (частина ЯКЩО ...) і консеквента (частина ТО ...). Антецедент може містити більше однієї посилки. У цьому випадку вони об'єднуються за допомогою логічних зв'язок «І» або «АБО».
     Дефаззіфікації (усунення нечіткості). На цьому етапі здійснюється перехід від нечітких значень величин до певних фізичних параметрах, які можуть служити командами виконавчому пристрою. [8]

Висновок

     Існуючі засоби автоматизації, розроблені для очищення води, спрямовані в основному на збір і зберігання інформації. Зроблено висновок про необхідність автоматизації процесу прийняття рішень на основі штучного інтелекту. Показано, що існуючі системи підтримки прийняття рішень у галузі очистки стічних вод не можуть враховувати всіх особливостей процесу очищення і необхідно поєднувати їх із знаннями і досвідом фахівців у цій галузі.

Список літератури

  1. Baeza, J., E. Ferreira, and J. Lafuente. Knowledge-based supervision and control of wastewater treatment plant: a real-time implementation. //Water Science & Technology, 2000, 41(12).
  2. Riano, D. Learning rules within a framework of environmental sciences.//In ECAI 98 - W7 (BESAI98) workshop notes, Brighton, UK, 1998
  3. Yang, C.T. and Kao, J.J. An expert-system for selecting and sequencing wastewater treatment processes. //Water Science & Technology, 34(3-4), 1996
  4. Osmond D. L., Gannon R. W., etc. WATERSHEDSS // AWRA Journal of the American Water Resources Association, Volume 33, No. 2, April 1997.
  5. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М., АКВАРОС, 2003. – 512 с.
  6. Алиев Р.А. Управление производством при нечеткой исходной информации/ Церковный А. Э., Мамедова Г.А. М: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.
  7. Федюн Р.В. , Попов В.А., Найденова Т.В. Принципы построения динамической модели процесса биохимической водоочистки.
  8. Пивкин В.Я., Бакулин Е.П., Кореньков Д.И. Нечеткие множества в системах управления.
  9. НПЦ Водоочистка [электронный ресурс]. - http://prom-water.ru/base/analizsposobov/
  10. SlideFinder [электронный ресурс]. - http://www.slidefinder.net/

ВАЖЛИВЕ ЗАУВАЖЕННЯ

Під час написання даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Повне закінчення роботи: грудень 2012 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані в автора або його керівника після зазначеної дати.

↑ Початок