일반기술

신경망 2자 유도 PID 제어기의 튜닝방법을 이용한 정수처리 시스템의 pH 제어 방법 및 그 장치

본 발명은 상수도 공정용 계장설비에 있어서, 상기한 최적화 제어의 조건을 고려하여 약품을 투입할 수 있는 제어기를 여러 가지 2자유도 PID제어 이론을 적용하여 가장 효과적인 제어 방법을 구축하고자 한다. 염소 주입 제어는 물론 수처리 계통에서 수질에 미치는 영향은 pH 및 정밀유량 제어와 매우 밀접한 관계가 있음으로 pH 및 정밀유량 제어를 외부 환경 조건에 관계없이 정밀하게 제어할 수 있는 방법이 필요하다. 이를 위하여 여러 가지 제어 방법을 현재의 설비 환경 조건과 시뮬레이션을 실시한 결과를 비교 검토하였다. 그 결과 현장에서 가장 많이 이용되고 있는 비례-적분-미분 제어기(PID controller, Proportional-Integral-Derivative controller)와 유사하나 외란에 대해서 강인성이 우수한 것으로 알려져 있는 2-자 유도 PID 제어기를 적용시키기로 결정하고, 여러 종류의 2-자 유도 PID 제어기와 인공지능적인 제어 방법인 퍼지 및 신경망을 적용하여 유량 및 pH 제어계통에 대한 성능을 시뮬레이션하고, 그 특성을 비교 관찰함으로써 pH제어 계통에서 약품의 주입을 정밀하게 제어할 수 있는 본 발명을 완성하게 되었다.정수나 폐수와 같은 수처리 계통에서는 응집제, 알카리제와 같은 약품이 투입된다. 이때 약품의 투입량은 정수 처리후의 수질에 매우 밀접한 관계가 있어 투입량, 투입시의 약품반응에 영향을 미칠 수 있는 기후 조건 등이 중요한 역할을 하게 된다. 이와 같은 수처리 계통에서 약품투입이나 생화학적 방법 등 여러 가지 방법을 이용하여 응집, 침전 등에 필요한 반응보강이나 pH제어를 하게 된다. 그러나 pH제어계통은 반응시간이 길고 비선형과 불확정 특성을 갖고 있어 피드백 제어기 구성이 어렵고 또 구성한 제어 시스템에 대한 분석 및 설계가 쉽지 않다. 따라서 제어기의 파라메터 튜닝이 어렵고, 한번 튜닝한 이후에도 입력되는 수질에 따라 제어를 위한 파라메터가 가변되어야 하는데, 앞서 설명한 이유 때문에 제어 시스템에서 외란에 대하여 파라메터를 적절하게 튜닝하는 것이 곤란하다. 본 발명에서는 pH가 수질에 미치는 영향이 매우 크므로 이러한 문제점들을 연구하기 위하여 모델링된 pH제어계통에 기존의 P, PI제어기와 기타 인공지능적인 제어방법인 퍼지 및 신경망을 적용하여 비교, 고찰함으로서 pH제어계통을 정밀하게 제어 할 수 있는 방법과 그 방법을 수행할 수 있는 장치를 제공한다.사업성 - 본 발명은 정수처리장 에서의 약품 주입 제어를 퍼지나 신경망, 그리고 2자 유도 PID 제어기와 같은 인공지능적인 방법으로 수행함으로써 종래의 정량 주입이나 PID 제어기 만을 이용하는 것에 비해 유량, pH, 염소 주입 설정치가 외란에 대하여 훨씬 안정적이고 효과적인 제어를 할 수 있는 수처리 공정의 개선이 가능하게 되어 수질을 개선하는 효과가 있다.