In the water treatment process, the main objective is to improve water quality and minimize costs. To achieve these, an integrated monitoring and control system has tried through flow prediction and pump and valve scheduling but frequently failed. This paper proposes an integrated solution for prediction, optimization and the controller can be solved by learning algorithm.
Flow prediction has usually been studied for long-term estimation, which was improper to control water treatment facilities, and an hourly based algorithm to follow trends is proposed to track the steady increase of flow demand, such as population surge, without learning.
Unlike electricity, water can be stored in huge tanks for more than a dozen hours, which can be used for saving energy and increasing water quality. One of the general optimization problems is load shift operation, whose purpose is to charge various electric fees according to the hour and season. The other is pump on/o minimization to improve water quality. If inputted water to water treatment plants (hereafter WTP) varies, than output turbidity and particles are increasing, which could possibly be supplied to citizens. The proposed on/o minimization is expected to prevent those particles from leaking and to secure public health.
To solve these optimization problem, a valve controller should be made beforehand to control the scattered tanks like as controlling one tank, which can make maximum usage of tank. The proposed controller will solve the target levels in WTPs and tanks simultaneously.
The proposed modeling and controller have been tested to check its availability for real water treatment process.
수 처리 계통의 통합운영시스템 구축을 위한 기반기술인 수요예측, 취송수펌프밸브제어 등이 검토 및 적용되었으나 대부분 사례에서 통합 Solution을 완벽히 제공하지 않아 실패하였다. 본 논문에서는 통합 Solution을 제공하기 위한 수요예측기반의 전력요금 최소화 방안과 수질 향상방안을 제시하였고 이를 위한 펌프 및 밸브 제어기 등을 Learning 알고리즘 기반으로 설계하여 해결코자 하였다.
우선 수요예측 기술은 많은 연구가 진행되어 왔으며 주로 일단위 이상의 장기 예측을 주로 하여 제어와 연관시키기에는 어려움이 있었고 취송수펌프밸브 제어는 배수지 탱크들을 최대한 활용하여 제어를 하여야 하는 목적은 분명하나 밸브 특성곡선의 비선형성, 각종 탱크들의 dependancy, constraint 문제 등으로 인하여 뚜렷한 해결점을 찾지 못하고 있다.
본 논문에서는 수요예측을 제어와 연관시키기 위하여 시간단위 예측 및 추세를 추종하는 알고리즘을 고려하였고 이를 수위예측으로 확대하여 펌프 및 밸브제어에 활용하였다. 또한 배수지 탱크를 최대한 활용하여 요금구간대별 최소전력요금운전 알고리즘을 개발하였고 펌프 On/Off Minimization을 통하여 정수장 수 처리 부하를 균일하게 하여 수질향상을 도모하였다.
특히 최적운영의 근간 기술인 배수지 탱크를 최대한 활용하기 위한 균등분배 밸브 제어 알고리즘을 개발하여 산재된 배수지 탱크를 단일 배수지와 같이 운전 가능토록 하였다.
제안된 모델링 및 Controller는 수 처리 제어플랜트에 실험을 실시하여 적용가능성을 검증하였다.
