一种船舶生活污水处理控制系统及控制方法技术方案

一种船舶生活污水处理控制系统及控制方法，涉及一种生活污水处理控制系统及控制方法。本发明专利技术所述系统包括：用于修改和控制污水处理设备运行参数并显示污水处理设备目前所处的状态的设定控制单元；用于采集船舶生活污水处理系统的液位、温度和MBR膜的通量的信息采集单元；用于将采集的模拟信号转换成数字信号并进行信号滤波处理的信号处理单元；根据信号处理单元处理后的数字信号对船舶生活污水处理系统进行故障诊断和评估的微处理器单元；根据微处理器单元的处理结果进行报警的运行参数报警单元；以及根据运行参数报警单元的报警情况驱动生活污水系统的执行设备、使生活污水系统的自动修复的外设驱动单元。本发明专利技术用于船舶的生活污水处理。

Ship domestic sewage treatment control system and control method

The invention relates to a ship domestic sewage treatment control system and a control method, relating to a domestic sewage treatment control system and a control method. The system of the invention comprises: to modify and control the sewage treatment equipment operation parameters and display control unit for setting the sewage treatment equipment at present state; for information acquisition unit of ship sewage treatment system of liquid level, temperature and MBR flux; for the acquisition of analog signals into digital signals and the signal processing unit signal processing; according to the signal processing unit of digital signal processing unit microprocessor after fault diagnosis and evaluation of ship sewage treatment system; according to the processing unit the operating parameters of alarm alarm unit; and according to the operating parameters of the alarm alarm unit to drive the implementation of equipment, sewage system the sewage system automatic repair device drive unit. The invention is used for domestic sewage treatment of ships.

【技术实现步骤摘要】
一种船舶生活污水处理控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种生活污水处理控制系统及控制方法，具体涉及一种一种船舶的生活污水处理控制系统及控制方法。
技术介绍
国际海事组织(IMO)对船舶污水的排放要求越来越严格。尽管生活污水处理技术和装置在我国发展迅猛，但还是存在许多问题。尤其是在处理过程中的控制问题，主要表现在自动化程度低、控制精度差等方面。目前多数针对船舶的污水处理装置仍采用半手工半自动化控制，其主要缺陷有：1、多为手动控制，系统控制参数由人判断，不但使得劳动力增大还会由于操作失误等因素影响系统内部正常反应，不但使得生活污水处理系统处理效率低，而且耗时耗能；2、系统多只具有监测和诊断功能，不具备完整的监测、诊断、评估、预警和自修复体系，未能对故障进行应对和自修复，智能化程度低；
技术实现思路
本专利技术为了解决目前的船舶多数污水处理装置存在需要手动控制、系统控制参数由人判断的问题。一种船舶生活污水处理控制系统，包括：设定控制单元，用于修改和控制污水处理设备运行参数，并显示污水处理设备目前所处的状态；运行参数包括污水液位信息、污水温度信息、污水MBR膜的通量信息；信息采集单元，用于采集船舶生活污水处理系统的液位、温度和MBR膜的通量；信号处理单元，用于获取信息采集单元传过来的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号并进行信号滤波处理，并将处理后的数字信号传递给微处理器单元予以处理；微处理器单元，根据信号处理单元处理后的数字信号对船舶生活污水处理系统进行故障诊断和评估；所述微处理器单元将信号处理单元处理后的数字信号与设定控制单元的运行参数信息进匹配和比较，进行状态判断，进而实现对生活污水系统的实时诊断；当所述微处理器单元将信号处理单元处理后的数字信号超过设定控制单元的运行参数信息的阈值范围时，诊断生活污水系统出现问题，判断超出阈值范围的运行参数出现问题进行报警并启动外设驱动单元；运行参数报警单元，根据微处理器单元的处理结果进行报警；外设驱动单元，根据运行参数报警单元的报警情况驱动生活污水系统的执行设备，使生活污水系统的自动修复。优选地，所述的信息采集单元包括：液位传感器，用于实时采集和监控生活污水的液位信息和运行工况的实时参数；温度传感器，用于实时采集和监控生活污水的温度信息和运行工况的实时参数；流量传感器，用于实时采集和监控生活污水的MBR膜的通量信息和运行工况的实时参数。优选地，所述设定控制单元包括：参数控制模块，用于修改和控制污水处理设备运行参数；所述运行参数包括生活污水液位、加热器开闭温度以及膜出水流速；实时状态显示模块，用于标识污水处理设备目前所处的状态；状态包括实时液位状态，实时泵运行工况、实时膜出水流速、实时阀开启状态、实时温度状况；优选地，所述外设驱动单元包括：电机驱动模块，用于驱动电机实现泵的启停；加热模块，用于驱动加热器实现加热的启停；阀控制模块，用于驱动控制阀实现控制阀开闭。优选地，所述的一种船舶生活污水处理控制系统还包括用户管理单元，用于对用户进行权限管理。优选地，所述的一种船舶生活污水处理控制系统还包括：设备报警单元，用于检测外设驱动单元工作后生活污水系统是否在规定的时间范围内自动修复到正常水平之内，并判断是否报警；如果外设驱动单元工作后生活污水系统在规定的时间范围内自动修复到正常水平之内，则不进行报警；否则报警。优选地，所述的一种船舶生活污水处理控制系统还包括：系统运行状态处理单元，用于对船舶生活污水处理系统的工作状态进行建模，为船舶生活污水处理系统提供控制指导；具体的工作过程如下：从船舶生活污水处理系统运行开始到结束，系统运行状态处理单元对整个过程的故障类别和运行工况数据进行存储和分析，基于BP神经网络算法对船舶生活污水处理过程的运行参数进行数据收集并建模，得到船舶生活污水处理系统的控制系统模型，为船舶生活污水处理系统提供控制指导。优选地，所述基于BP神经网络算法对船舶生活污水处理过程的运行参数进行数据收集并建模的过程包括以下步骤：步骤1、确定训练样本集和测试样本集：对采集到的所有运行工况参数和故障类型进行归一化处理，进而组成数据样本集；将数据样本集分成训练样本集和测试样本集；所述故障类型包括：液位故障、温度故障、膜过堵故障；步骤2、网络设计和训练：根据训练样本集，基于Levenberg-Marquardt算法训练的网络函数trainlm对神经网络进行训练，得到控制系统模型；网络函数trainlm的Matlab调用函数如下：[W,B,te,tr]＝trainlm(w,b,Tf,X,T,tp)其中，w和W分别为训练前后的权值矩阵；b和B分别为训练前后的偏值向量；te为实际训练次数；tr为网络训练平方和的行向量；Tf为传输函数；X＝[x1,x2,x3]为输入向量，x1代表液位传感器采集的信号数值，x2代表温度传感器采集的信号数值，x3代表流量传感器采集的信号数值；T＝[t1,t2,t3]为目标向量，t1为液位故障，t2为温度故障，t3为膜过堵故障；tp是训练控制参数，其中tp(1)显示间隔次数，默认值为25；tp(2)显示最大循环次数，默认值为100；tp(3)为目标误差平方和，默认值为0.02；tp(4)为最小梯度，默认值为0.001；tp(5)为学习速率η的初始值，默认值为0.001；tp(6)为学习速率η的增加系数，默认值为10；tp(7)为学习速率η的减小系数，默认值为0.1；tp(8)为学习速率η的最大值，默认值为10；步骤3、网络测试：根据测试样本集对控制系统模型进行检测，如果控制系统模型不满足精度要求返回步骤1从新划分训练样本集和测试样本集，并建模；如果控制系统模型满足精度要求，将其作为最终的控制系统模型，并找出最适合的运行工况参数，实现下一次船舶生活污水处理系统运行的自动控制。一种船舶生活污水处理控制系统的控制方法，包括如下步骤：步骤(1)、船舶生活污水处理系统设备启动前，通过设定控制单元录入并存储船舶生活污水处理系统正常运行参数；步骤(2)、船舶生活污水处理系统启动时，信息采集单元不断对实时液位、温度和MBR膜通量进行信号采集，并传递给信号处理单元处理，微处理器单元将处理后的数据与初始设定参数进行匹配和比较，如果系统匹配正确，则设备正常运行；如果匹配不正确，则微处理器模块开始进行状态判断和故障诊断；步骤(3)、根据微处理器模块的故障诊断类别，进行报警并提示故障类别，并通过外设驱动单元，根据运行参数报警单元的报警情况驱动生活污水系统的执行设备进行自修复；步骤(4)、当船舶生活污水处理系统需要停止时，系统运行状态处理单元录入故障类别信息，通过BP神经网络算法对船舶生活污水处理过程的运行参数进行数据收集并建模得到控制系统模型，从而实现下一次船舶生活污水处理系统运行的自动控制。优选地，步骤(3)所述进行自修复的过程包括以下步骤：生活污水系统液位过高或者过低，相应地通过电机驱动模块启停泵，进行排水或进水；生活污水系统温度过高或者过低，相应地通过加热模块驱动加热装置的启或停；生活污水系统中MBR膜通量过低，相应通过阀控制模块驱动控制阀开或闭，实现对MBR膜的反冲洗以提高通量。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过信息采集单元、信号处理单元和微处理器单元对船舶生活污水处理过程的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶生活污水处理控制系统，其特征在于，包括：设定控制单元，用于修改和控制污水处理设备运行参数，并显示污水处理设备目前所处的状态；运行参数包括污水液位信息、污水温度信息、污水MBR膜的通量信息；信息采集单元，用于采集船舶生活污水处理系统的液位、温度和MBR膜的通量；信号处理单元，用于获取信息采集单元传过来的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号并进行信号滤波处理，并将处理后的数字信号传递给微处理器单元予以处理；微处理器单元，根据信号处理单元处理后的数字信号对船舶生活污水处理系统进行故障诊断和评估；所述微处理器单元将信号处理单元处理后的数字信号与设定控制单元的运行参数信息进匹配和比较，进行状态判断，进而实现对生活污水系统的实时诊断；当所述微处理器单元将信号处理单元处理后的数字信号超过设定控制单元的运行参数信息的阈值范围时，诊断生活污水系统出现问题，判断超出阈值范围的运行参数出现问题进行报警并启动外设驱动单元；运行参数报警单元，根据微处理器单元的处理结果进行报警；外设驱动单元，根据运行参数报警单元的报警情况驱动生活污水系统的执行设备，使生活污水系统的自动修复。

【技术特征摘要】
1.一种船舶生活污水处理控制系统，其特征在于，包括：设定控制单元，用于修改和控制污水处理设备运行参数，并显示污水处理设备目前所处的状态；运行参数包括污水液位信息、污水温度信息、污水MBR膜的通量信息；信息采集单元，用于采集船舶生活污水处理系统的液位、温度和MBR膜的通量；信号处理单元，用于获取信息采集单元传过来的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号并进行信号滤波处理，并将处理后的数字信号传递给微处理器单元予以处理；微处理器单元，根据信号处理单元处理后的数字信号对船舶生活污水处理系统进行故障诊断和评估；所述微处理器单元将信号处理单元处理后的数字信号与设定控制单元的运行参数信息进匹配和比较，进行状态判断，进而实现对生活污水系统的实时诊断；当所述微处理器单元将信号处理单元处理后的数字信号超过设定控制单元的运行参数信息的阈值范围时，诊断生活污水系统出现问题，判断超出阈值范围的运行参数出现问题进行报警并启动外设驱动单元；运行参数报警单元，根据微处理器单元的处理结果进行报警；外设驱动单元，根据运行参数报警单元的报警情况驱动生活污水系统的执行设备，使生活污水系统的自动修复。2.根据权利要求1所述的一种船舶生活污水处理控制系统，其特征在于，所述的信息采集单元包括：液位传感器，用于实时采集和监控生活污水的液位信息和运行工况的实时参数；温度传感器，用于实时采集和监控生活污水的温度信息和运行工况的实时参数；流量传感器，用于实时采集和监控生活污水的MBR膜的通量信息和运行工况的实时参数。3.根据权利要求2所述的一种船舶生活污水处理控制系统，其特征在于，所述设定控制单元包括：参数控制模块，用于修改和控制污水处理设备运行参数；所述运行参数包括生活污水液位、加热器开闭温度以及膜出水流速；实时状态显示模块，用于标识污水处理设备目前所处的状态；状态包括实时液位状态，实时泵运行工况、实时膜出水流速、实时阀开启状态、实时温度状况。4.根据权利要求3所述的一种船舶生活污水处理控制系统，其特征在于，所述外设驱动单元包括：电机驱动模块，用于驱动电机实现泵的启停；加热模块，用于驱动加热器实现加热的启停；阀控制模块，用于驱动控制阀实现控制阀开闭。5.根据权利要求4所述的一种船舶生活污水处理控制系统，其特征在于，所述的一种船舶生活污水处理控制系统还包括用户管理单元，用于对用户进行权限管理。6.根据权利要求5所述的一种船舶生活污水处理控制系统，其特征在于，所述的一种船舶生活污水处理控制系统还包括：设备报警单元，用于检测外设驱动单元工作后生活污水系统是否在规定的时间范围内自动修复到正常水平之内，并判断是否报警；如果外设驱动单元工作后生活污水系统在规定的时间范围内自动修复到正常水平之内，则不进行报警；否则报警。7.根据权利要求1至6之一所述的一种船舶生活污水处理控制系统，其特征在于，所述的一种船舶生活污水处理控制系统还包括：系统运行状态处理单元，用于对船舶生活污水处理系统的工作状态进行建模，为船舶生活污水处理系统提供控制指导；具体的工作过程如下：从船舶生活污水处理系统运行开始到结束，系统运行状态处理单元对整个过程的故障类别和运行工况数据进行存储和分析，基于BP神经网络算法对船舶生活污水处理过程的运行参数进行数据收集并建模，得到船舶生活污水处理系统的控制系统模型，为船舶生活污水处理系统提供控制指导。8.根据权利要求7所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：施悦，蔡煜航，张坤，宋磊，鲁正，贲腾，冯睿哲，李兆祥，张朝阳，于淼，
申请(专利权)人：青岛哈工程正和环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37