西门子智慧水务：模型预测控制在曝气中的节能应用

"西门子智慧水务中的精确曝气技术主要应用于污水处理，通过模型预测控制（MPC）实现高效能和节能减排。MPC是高级过程控制（APC）的一种核心算法，广泛应用于多个工业领域，包括炼油、石化、化工等，并在全世界有5000多例成功应用。MPC基于预测模型，可以预见系统未来的输入和输出，通过滚动优化计算最优控制策略，同时利用反馈校正来适应系统变化和干扰。西门子PCS 7 MPC系统支持10×10规模的控制系统，能够处理10个被控量、10个调节量以及4个干扰量。在德国布莱梅污水厂的应用案例中，APC实施后实现了约10%的节能效果。" 在污水处理过程中，精确曝气是关键环节，它直接影响到污水的处理效率和能源消耗。西门子智慧水务的智能精确曝气技术结合了西门子自动化产品和WEST仿真技术，以APC模块为基础，特别是模型预测控制，对曝气过程进行精细调控。在德国布莱梅水厂的项目中，APC于2016年11月实施，2017年1月投入运行，初期即显示出显著的节能效果，随后经过进一步优化，节能效果更加明显。 模型预测控制的核心在于三个方面：首先，建立预测模型，可以是基于物理机制的模型，也可以通过输入输出数据识别；其次，滚动优化策略使得控制器根据预设的目标函数不断调整未来一段时间内的控制策略；最后，反馈校正确保系统在面对系统漂移和外部干扰时仍能保持良好的控制性能，通过在线辨识和自学习来修正模型参数。 西门子PCS 7 MPC系统的强大之处在于其对大型复杂系统的处理能力，10×10的系统规模意味着它可以同时处理大量的控制变量，这对于大规模污水处理厂的精细化管理至关重要。通过这种方式，不仅可以提升污水处理的标准，提高水质，还能有效地降低运营成本，实现环保和经济效益的双重目标。 在德国布莱梅水厂的实践中，APC不仅应用于曝气池，还覆盖了沉淀池、厌氧区、活性污泥池等多个关键环节，形成了一套完整的智能控制体系。这表明，模型预测控制技术在智慧水务中的应用具有广阔前景，能够为全球范围内的污水处理提供高效的解决方案，推动行业的可持续发展。