[00816542]面向污水处理的智能控制系统关键技术研发及工程应用

该项目属于自动控制系统学科。中国水资源面临的形式十分严峻，水资源短缺、水污染严重，水生态环境恶化等问题日益突出，已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。随着国家对污水排放标准的不断提高，污水处理过程的控制要求也日益严格。但是，污水处理是一个复杂的生化反应过程，具有强耦合、非线性、大滞后和不确定性等特点，采用常规控制困难较大。预测控制是一类在工业过程中得到广泛应用的控制方法，具有统一处理多变量、约束、多目标优化的能力，并能有效地克服过程的不确定性和关联性。在国家基金、上海市科委、经委等计划支持下，通过产学研协同攻关，该项目针对污水处理过程，首次提出预测控制方法，研制了具有自主知识产权的污水处理专用控制器及成套控制技术，开发出拥有自主知识产权的污水处理监控系统，应用于35个污水处理厂，提高了出水水质、降低了处理成本，实现了污水处理过程的稳定高效运行，取得巨大经济效益。该项目取得如下的关键技术创新点：首次提出了基于污水运行特征的预测控制方法：针对污水处理过程的强耦合、非线性、时变等不确定性问题，提出保证污水处理稳定运行的约束预测控制方法；考虑到运行过程环境变化不确定性，提出了多工况鲁棒预测控制方法；将运行成本经济目标纳入优化过程，提出了多目标预测控制优化方法，实现污水处理的高精度、低成本运行。首次开发了污水处理专用智能控制器：该项目开发的智能控制器采用丰富的模拟和数字控制、先进控制、优化控制算法；为污水处理过程提供最灵活的输入和输出硬件配置；针对污水处理过程的监视、记录、操作、控制、优化和集成管理等需求，而最新设计的可编程计算机专用控制装置。控制器具有高可靠性、构成灵活、界面友好、功能强大、安装维修简便、性能价格比高的特点；该项目开发的低成本污水处理专用控制器打破国外产品的垄断，具有极强的市场竞争力。首次研发了污水处理过程专用智能控制成套系统：该项目开发了涵盖污水处理的所有关键工段的成套控制系统，突破了曝气池溶氧浓度临界控制技术、污水提升水泵级配控制技术、污泥排放最优控制技术等关键技术；确保污水处理厂长期可靠节能高效地运行。针对大型污水厂监测点多、地域分布广等特点，开发了三级通讯网络结构的自主知识产权的监控系统，实现污水处理厂的网络监控，该系统扩展灵活，运行可靠，具有资源共享、远程控制、易于诊断、维护和扩展等优点。该项目在关键技术上取得重大突破，自主研发的控制成套系统达到国际先进水平，形成知识产权4项，包括软件著作权登记3项和发明专利授权1项；在该领域顶级期刊"IEEE Trans. Automatic Control"等发表相关论文38篇，其中SCI收录12篇、EI收录15篇。该项目的研究成果应用到全国15个省市的35污水处理项目中。其中，上海白龙港污水处理厂日处理规模达200万吨，是亚洲最大的污水处理厂。该项目近三年新增销售收入超4亿元，培养博士5名，硕士16名，相关技术人才47名，取得了重大的经济和社会效益，并带动了专用控制系统领域的技术进步和发展。