[发明专利]沼气系统全运行状态信息感知与最优控制系统及方法

说明书

本发明公开了沼气系统全运行状态信息感知与最优控制系统及方法，包括沼气系统的全运行状态云实时数据库，沼气系统的全运行状态云实时数据库与沼气系统的预处理单元的运行状态感知系统、沼气系统的厌氧发酵单元信息采集系统、沼气输配气运行状态感知系统、污水处理单元运行状态感知系统及沼气系统环境信息感知系统通信。选择沼气系统的运行状态特征；构造深信度网络DBN；逐层贪婪训练，使用反向传播BP算法，调整参数，完成的训练；将沼气系统实时数据输入到训练完成的DBN中，产生最佳控制变量；根据最佳控制变量完成控制。可有效解决具有运行过程复杂、影响因素众多等特征的沼气系统运行过程实时最优控制难及产气率低的问题。

技术领域

本发明涉及沼气系统的运行优化控制技术领域，尤其涉及沼气系统全运行状态信息感知与最优控制系统及方法。

背景技术

能源紧缺、环境污染和气候变化是制约当今世界经济和社会可持续发展的重要因素，能源和环境问题已成为国内外高度关注的重大战略问题。

大型养殖场禽畜排放的粪便，不仅造成严重的水质污染、空气污染及土壤污染，而且容易引起禽畜致病，直接影响养殖的防疫卫生和禽畜产品质量。而发展大中型沼气系统是实现生态养殖促进区域循环经济发展、减少养殖污染提高环境质量、发展无公害农产品保障食品安全及开发利用沼气新能源的重要途径，具有重要意义。

但沼气系统是一个错综复杂的微生物生化过程，厌氧环境、原料的碳氮比、发酵温度、酸碱度、酶浓度、底物浓度等是影响沼气系统高效产气的重要关键因素，洞察沼气系统的运行机理及对其生产过程的优化控制极其困难。沼气系统能否高效运行，除取决于沼气系统的装置结构，更取决于对沼气系统的运行过程的全状态信息感知及实时最优控制方法，基于历史运行数据挖掘沼气系统运行机理，建立智能专家系统对沼气系统的运行过程实时最优调控，从而使沼气系统的高效运行并提高产气率。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种沼气系统全运行状态信息感知与最优控制系统及方法，可有效解决具有运行过程复杂、影响因素众多等特征的沼气系统运行过程实时最优控制难及产气率低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

沼气系统的全运行状态信息感知系统，包括沼气系统的全运行状态云实时数据库，所述沼气系统的全运行状态云实时数据库与沼气系统的预处理单元的运行状态感知系统、沼气系统的厌氧发酵单元信息采集系统、沼气输配气运行状态感知系统、污水处理单元运行状态感知系统及沼气系统环境信息感知系统通信。

所述沼气系统的预处理单元的运行状态感知系统包括第一CPU模块，所述第一CPU模块与第一AI模拟量输入模块连接，所述第一AI模拟量输入模块与第一超声波水位计、第一温度变送器及第一总固体浓度检测计连接，所述第一CPU模块实现对预处理单元的水位、温度和总固体浓度的信息感知与采集。

所述沼气系统的厌氧发酵单元运行状态感知系统包括第二CPU模块、所述第二CPU模块与第二AI模拟量输入模块及第一DI数字量输入模块连接；

所述第二AI模拟量输入模块与第二超声波水位计、第二温度变送器、PH值检测器、第二总固体浓度检测计、第一化学需氧量值检测计、第一生化需氧量值检测计、第一挥发性有机酸检测计及氧化还原电位计连接；

所述第一DI数字量输入模块与过载限位开关连接；

实现对厌氧发酵单元的液位、上部中部下部的温度、PH值、总固体浓度及过载报警的信息感知与采集。

所述沼气输配气单元运行状态感知系统包括第三CPU模块，所述第三CPU模块与第三AI模拟量输入模块及第二DI数字量输入模块连接；