AVS精确曝气控制系统

AVS精确曝气流量控制系统

     AVS（Aeration Volume control System）精确曝气系统是由上海昊沧系统控制技术有限责任公司开发，专为污水厂溶解氧精细化控制提供整体解决方案。AVS系统是一个集成的控制系统，可以为各种复杂工艺提供多种供气方案：间歇曝气、微量曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等。该系统帮助用户实现工艺的精细调节，适应各种工艺，并能够随着工艺变化而调整。AVS还可以根据曝气池当前需要的曝气量，通知鼓风机或转跌曝气机进行曝气量调节，按需曝气，节约曝气电耗。控制模型底层采用了国际通用的ASM系列活性污泥数学模型。

AVS系统可以为污水厂带来以下效益：

为多种活性污泥处理工艺及其改良工艺提供精确曝气方案；
提高污水处理工艺的稳定性和可靠性；
按照需要曝气，根据负荷如CODcr、氨氮、硝氮等和曝气池内的溶解氧、污泥浓度计等在线信号调节风量；
降低单位处理能耗，节约成本；
降低运行操作人员的劳动强度；

AVS系统基于“前馈+模型+反馈”的多参数控制模式，能够实时精确地计算出曝气池内所需的曝气量，并通过调节鼓风机的出口风量或者转蝶曝气机的充氧率达到按需曝气或充氧，实现溶解氧的精细化控制，并降低曝气能耗，其控制原理如下图所示：

AVS系统的溶解氧控制精度

    污水处理系统的时变性、时滞性、扰动性及非线性等特性致使传统的DO控制策略（人工手动控制和PID控制）一直无法及时准确地应对各种扰动的影响，导致在线控制中DO值呈现大幅度波动。AVS采用“前馈+后馈”的多参数控制系统可以有效地应对各种扰动对DO的影响，实现精细化控制溶解氧的目的，如下图所示，经AVS控制后，溶解氧的稳定度满足以下标准。
稳定度DK2：最近24小时内，溶解氧测量值与设定值误差不超过0.2mg/l的概率>=0.30； 
稳定度DK5：最近24小时内，溶解氧测量值与设定值误差不超过0.5mg/l的概率>=0.55；
稳定度DK10：最近24小时内，溶解氧测量值与设定值误差不超过1.0mg/l的概率>=0.80；

AVS对不同DO目标设定值的控制效果

     维持好氧池内高的DO浓度有助于加快活性污泥代谢有机物的速率，而低的DO浓度有利于节能。由于好氧段水流方向上有机负荷不同，对溶解氧的需求量也不同，因此，实现好氧池中对不同区域内不同DO浓度的控制能力则是衡量控制系统性能的重要标准之一。AVS系统能把曝气池内DO控制在0.5--5.0 mg/L之间的任一设定值，控制精度在设定值的±0.3 mg/L范围内，如下图所示，完全满足标书中对溶解氧的控制精度要求。

AVS对不同DO目标设定值的精细化控制能力

AVS系统就地气量分配控制

    AVS系统的就地阀门配气系统的核心思想是基于具有专利技术的多阀门最优开度控制策略，能够在通过调节阀门开度调节单个曝气控制区的气量时抑制该曝气控制区调节对其它控制区的扰动，实现曝气量在不同曝气控制单元的快速、精确配气。
    AVS系统对曝气设定值目标控制的响应时间为1min，且控制精度在-100 m3/h ~ +100 m3/h之间；另外，在调节阀门开度时，过度频繁调节阀门会大大降低阀门及其电动执行机构的寿命，而AVS就地阀门配气系统中的安全模块则限制阀门的控制指令的频率不高于10次/h，从而起到保护阀门及其电动执行机构的作用。

AVS系统鼓风机控制

    AVS精确曝气系统对鼓风机的控制可以通过总流量和总压力两种方式，AVS系统实时计算出鼓风机动态设定值，控制鼓风机的启停、导叶开度或者变频以实现按需精确供气，如下图所示。AVS系统内置的鼓风机优化控制模块，在保证需气量的前提下，控制单台鼓风机的开启频率不超过0.2次/天，有效地避免了鼓风机频繁启停对鼓风机本身的影响，而且优化单台鼓风机的运行时间，以使所有鼓风机的运行时间相一致，从而大大提高了鼓风机的使用寿命。另外，AVS系统的鼓风机优化模块内置防鼓风机喘振设计，使鼓风机一直运行在安全范围内，有效防止鼓风机喘振对鼓风机的影响。

 
流量调节模式下鼓风机总输出气量与目标气量的对比

1.3.5 AVS系统节能效果

     在实际应用中，AVS系统按需曝气，极大地节省了曝气量。下图为节气量与节能率之间的换算关系，考虑到鼓风机效率、季节等影响因素，鼓风机的节气量并不等于节能率。相对于依靠人工控制鼓风曝气而言，采用AVS精确曝气通常可以实现25-40%的节气率，在鼓风机风量可调节的情况下，对应地可以实现鼓风机10-25%的节电率。

AVS系统容错设计

     任何自动控制系统都需要连接很多在线仪表，并且与厂区其它控制站间有数据交换，所以系统耦合性较强，任何单一设备仪表故障或者站间通讯故障都会导致系统输入不完整而影响系统的控制性能。AVS系统设计的基本条件之一是：运行过程中的仪表故障、信号失真、以及现场维护会必然发生，控制模型是建立在容许传感器故障的条件下，因而AVS系统具有丰富的容错处理机制，大大降低单体故障错误对系统整体的影响，即使在一定数量的传感器故障条件下，系统仍然能够维持有效的闭环控制。
运行中即使鼓风机发生故障停机，系统会自动启动备用鼓风机接入。在备用鼓风机无法启动，DO正常控制无法保证时，系统则尽量在各个系列均衡分配曝气流量，使生化池各好氧段仍然能够保持一定的曝气量，防止污泥沉降。一旦鼓风机故障解决，AVS系统会自动恢复，并迅速调整到目标DO值附近，如下图所示。