Abwassertechnische Anlagen sind Systeme, in denen physikalische, chemische und biologische Prozesse kombiniert ablaufen. Steigende Leistungsanforderungen bei einem gleichzeitig zunehmenden Kostendruck erfordern die kontinuierliche Prozessoptimierung.
Gründe hierfür liegen vor allem in der Komplexität und einer hochgradigen Nichtlinearität der biochemischen Prozesse. Diese folgen exponentiellen Wachstumsgesetzen, so dass die Zusammensetzung und die Aktivität des Belebtschlamms jahreszeitlichen und sogar tageszeitlichen Schwankungen unterworfen ist. Aus diesen Gründen kann eine Anlage auf den gleichen Steuerbefehl zu unterschiedlichen Zeiten sehr verschieden reagieren.
Berücksichtigt man weiterhin die Notwendigkeit zur Mehrgrößenregelung, so können die, in der klassischen Automatisierungstechnik weit verbreiteten, Methoden der linearen Regelungstechnik (z.B. PI Regler) keinen optimalen Betrieb sichern.
Das Grundprinzip der Zustandsregelung basiert auf den im folgenden beschriebenen Schritten. Dabei werden verschiedene Verfahren der Computional Intelligence (CI) bzw. statistische Verfahren kombiniert, um deren Vorteile gemeinsam zu nutzen.
Klassifizierung der Betriebssituation:
„Klassifizierung der Betriebssituation“
Die Messwerte der Anlage werden analysiert und zu Klassen zusammengefasst. Dies kann durch ein Regelsystem vorgegeben oder automatisch durch Clustermethoden wie k-mean bestimmt werden. Die jeweilige Klasse beschreibt somit eine spezifische Betriebssituation der Anlage.
Zustandsüberführung:
Nach der Klassifikation der Betriebssituation muss diese in einen Anlagenzustand überführt werden. Der Anlagenzustand berücksichtigt neben der aktuellen Betriebssituation zusätzlich die vorangegangenen Zustände. Somit lassen sich Betriebssituationen auch über einen längeren Zeitraum auswerten. Desweiteren erlaubt die Zustandsüberführung eine Synchronisation mit anderen Anlagenteilen. Die Umsetzung der Zustandsüberführung erfolgt mithilfe von Zustandsmaschinen.
Auswahl der Regelstrategie:
Nach Bestimmung des Anlagenzustandes, ist eine Auswahl an geeigneten Regelstrategien für den gegebenen Zustand möglich. Dies kann z.B. mittels einer Auswahl von Sollwerten für die untergegliederte Regelung erfolgen.
