Abwassertechnische Anlagen sind Systeme, in denen physikalische, chemische und biologische Prozesse kombiniert ablaufen. Aufgrund der steigenden Leistungsanforderungen – bei gleichzeitig zunehmendem Kostendruck – sind kontinuierliche Prozessoptimierungen notwendig.
Die Schwierigkeiten solcher Optimierungen liegen vor allem in der Komplexität und der hochgradigen Nichtlinearität der biochemischen Prozesse. Diese folgen exponentiellen Wachstumsgesetzen. Als Beispiel kann der Belebtschlamm dienen, der jahreszeitlichen und sogar tageszeitlichen Schwankungen unterworfen ist. Aus diesen Gründen kann eine Anlage auf den gleichen Steuerbefehl zu verschiedenen Zeiten sehr unterschiedlich reagieren. Berücksichtigt man weiterhin das immer mehrere Messgrößen geregelt werden müssen, so können die – in der klassischen Automatisierungstechnik weit verbreiteten – Methoden der linearen Regelungstechnik (z.B. PI Regler) keinen optimalen Betrieb sichern.
Das Grundprinzip einer intelligenten optimalen Regelung basiert nun auf den folgenden drei Schritten. Dabei werden verschiedene Verfahren der Computational Intelligence (CI) bzw. statistische Verfahren kombiniert, um deren Vorteile gemeinsam zu nutzen.
I. 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.
II. Zustandsüberführung:
Nach der Klassifikation der Betriebssituation muss diese in einen Anlagenzustand überführt werden. Der Anlagenzustand berücksichtigt neben der aktuellen Betriebssituation ebenfalls die vorangegangenen Zustände. Somit lassen sich die Betriebssituationen über einen längeren Zeitraum auswerten. Zusätzlich erlaubt die Zustandsüberführung eine Synchronisation mit anderen Anlagenteilen. Umgesetzt wird die Zustandsüberführung mit Hilfe von Zustandsmaschinen.
III. Auswahl der Regelstrategie:
Nachdem der Zustand der Anlage bestimmt worden ist, kann eine Auswahl an geeigneten Regelstrategien für den gegebenen Zustand erfolgen. Dies kann z.B. durch die Auswahl von Sollwerten für die untergegliederte Regelung erfolgen.
