Sensorvalidierung und Prozessüberwachung in der Abwassertechnik
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Sensorvalidierung und Prozessüberwachung in der Abwassertechnik Durch zunehmende Verschärfung der gesetzlichen Grenzwerte für Abwasserinhaltsstoffe im Ablauf von Abwasserreinigungsanlagen und wachsende Einzugsgebiete kommt es immer wieder dazu, dass die Reinigungsleistung bestehender Anlagen in Deutschland nicht mehr ausreicht, um die geforderten Werte zu erreichen. Insbesondere die sogenannten Stickstoffparameter, Ammonium- (NH4- -N) und Nitratstickstoff (NO3- N), stellen dann ein großes Problem dar. Die nötige Leistungssteigerung der Abwasserreinigungsanlagen wird in diesen Fällen üblicherweise entweder durch eine bauliche Erweiterung einer existierenden Anlage oder sogar durch den Bau einer neuen, größeren Anlage erreicht. Diese kostenintensiven Maßnahmen könnten jedoch oft durch wesentlich günstigere verfahrens- und regelungstechnische Maßnahmen vermieden werden. Dies ist insbesondere für die Betreiber von kleineren kommunalen Anlagen interessant, aber natürlich nicht nur auf diese beschränkt. Ein Beispiel für eine solche kommunale Anlage ist die Kläranlage der Stadt Netphen in Nordrhein-Westfalen, auf der das Zentrum für Sensorsystem (ZESS) der Universität Siegen, unter anderem im Rahmen dieser Arbeit, mehrere Messkampagnen und Untersuchungen durchgeführt hat. Durch eine Kombination von verfahrens- und regelungstechnischen Maßnahmen war es dort möglich, die Reinigungsleistung so weit zu steigern, dass die neuen Grenzwerte sicher eingehalten werden konnten. Zu einem großen Teil wurde dies durch die Verwendung einer Fuzzy- Regelung erreicht, die den Sauerstoffsollwert im Belebungsbecken angepasst an die momentane NH4- N- und NO3- N- Konzentration wählt, um beide Stoffe simultan in ausreichendem Maß abbauen zu können. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass zusätzliche Messgeräte für die NH4- N- und NO3- N- Konzentration benötigt werden, die nicht zu der üblichen Ausstattung von Anlagen dieser Größe gehören. Darüber hinaus ist die Zuverlässigkeit dieser Messgeräte für einen Einsatz im Regelkreis nicht zufriedenstellend. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit die Auswirkungen von Messfehlern auf die verwendete Regelungsstrategie und mögliche Maßnahmen zur deren frühzeitiger Erkennung untersucht. Einleitend werden die betrachtete Anlage, die wichtigsten Abwassermessgrößen und die typischen Messgeräte vorgestellt. Dabei werden auch die Probleme angesprochen, die bei der Benutzung der Messgeräte auftreten. Weiterhin wird die auf der Anlage implementierte Prozessregelung beschrieben und der Einfluss von Messstörungen diskutiert. Die wichtigsten Verfahren zur Fehlerkennung, die eine Sensorvalidierung bzw. Prozessüberwachung ermöglichen, werden in dieser Arbeit vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für eine Verwendung im Abwasserbereich bewertet. Die Verfahren basieren entweder auf der Analyse der Eigenschaften eines einzelnen Messsignals oder kombinieren mehrere Signale mit Hilfe eines Modells (analytische Redundanz), um die Zuverlässigkeit der Messungen zu bestimmen. Anhand von Simulationsbeispielen, basierend auf Messdaten der betrachteten Abwasserreinigungsanlage, werden schließlich konkrete Möglichkeiten zur Erkennung von Messfehlern vorgestellt. 02.2012, Kunststoff-Einband.

Durch zunehmende Verschärfung der gesetzlichen Grenzwerte für Abwasserinhaltsstoffe im Ablauf von Abwasserreinigungsanlagen und wachsende Einzugsgebiete kommt es immer wieder dazu, dass die Reinigungsleistung bestehender Anlagen in Deutschland nicht mehr ausreicht, um die geforderten Werte zu erreichen. Insbesondere die sogenannten Stickstoffparameter, Ammonium- (NH4--N) und Nitratstickstoff (NO3-N), stellen dann ein großes Problem dar. Die nötige Leistungssteigerung der Abwasserreinigungsanlagen wird in diesen Fällen üblicherweise entweder durch eine bauliche Erweiterung einer existierenden Anlage oder sogar durch den Bau einer neuen, größeren Anlage erreicht. Diese kostenintensiven Maßnahmen könnten jedoch oft durch wesentlich günstigere verfahrens- und regelungstechnische Maßnahmen vermieden werden. Dies ist insbesondere für die Betreiber von kleineren kommunalen Anlagen interessant, aber natürlich nicht nur auf diese beschränkt. Ein Beispiel für eine solche kommunale Anlage ist die Kläranlage der Stadt Netphen in Nordrhein-Westfalen, auf der das Zentrum für Sensorsystem (ZESS) der Universität Siegen, unter anderem im Rahmen dieser Arbeit, mehrere Messkampagnen und Untersuchungen durchgeführt hat. Durch eine Kombination von verfahrens- und regelungstechnischen Maßnahmen war es dort möglich, die Reinigungsleistung so weit zu steigern, dass die neuen Grenzwerte sicher eingehalten werden konnten. Zu einem großen Teil wurde dies durch die Verwendung einer Fuzzy-Regelung erreicht, die den Sauerstoffsollwert im Belebungsbecken angepasst an die momentane NH4-N- und NO3-N-Konzentration wählt, um beide Stoffe simultan in ausreichendem Maß abbauen zu können. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass zusätzliche Messgeräte für die NH4-N- und NO3-N-Konzentration benötigt werden, die nicht zu der üblichen Ausstattung von Anlagen dieser Größe gehören. Darüber hinaus ist die Zuverlässigkeit dieser Messgeräte für einen Einsatz im Regelkreis nicht zufriedenstellend. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit die Auswirkungen von Messfehlern auf die verwendete Regelungsstrategie und mögliche Maßnahmen zur deren frühzeitiger Erkennung untersucht. Einleitend werden die betrachtete Anlage, die wichtigsten Abwassermessgrößen und die typischen Messgeräte vorgestellt. Dabei werden auch die Probleme angesprochen, die bei der Benutzung der Messgeräte auftreten. Weiterhin wird die auf der Anlage implementierte Prozessregelung beschrieben und der Einfluss von Messstörungen diskutiert. Die wichtigsten Verfahren zur Fehlerkennung, die eine Sensorvalidierung bzw. Prozessüberwachung ermöglichen, werden in dieser Arbeit vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für eine Verwendung im Abwasserbereich bewertet. Die Verfahren basieren entweder auf der Analyse der Eigenschaften eines einzelnen Messsignals oder kombinieren mehrere Signale mit Hilfe eines Modells (analytische Redundanz), um die Zuverlässigkeit der Messungen zu bestimmen. Anhand von Simulationsbeispielen, basierend auf Messdaten der betrachteten Abwasserreinigungsanlage, werden schließlich konkrete Möglichkeiten zur Erkennung von Messfehlern vorgestellt.

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Durch zunehmende Verschärfung der gesetzlichen Grenzwerte für Abwasserinhaltsstoffe im Ablauf von Abwasserreinigungsanlagen und wachsende Einzugsgebiete kommt es immer wieder dazu, dass die Reinigungsleistung bestehender Anlagen in Deutschland nicht mehr ausreicht, um die geforderten Werte zu erreichen. Insbesondere die sogenannten Stickstoffparameter, Ammonium- (NH4--N) und Nitratstickstoff (NO3-N), stellen dann ein großes Problem dar.Die nötige Leistungssteigerung der Abwasserreinigungsanlagen wird in diesen Fällen üblicherweise entweder durch eine bauliche Erweiterung einer existierenden Anlage oder sogar durch den Bau einer neuen, größeren Anlage erreicht. Diese kostenintensiven Maßnahmen könnten jedoch oft durch wesentlich günstigere verfahrens- und regelungstechnische Maßnahmen vermieden werden. Dies ist insbesondere für die Betreiber von kleineren kommunalen Anlagen interessant, aber natürlich nicht nur auf diese beschränkt.Ein Beispiel für eine solche kommunale Anlage ist die Kläranlage der Stadt Netphen in Nordrhein-Westfalen, auf der das Zentrum für Sensorsystem (ZESS) der Universität Siegen, unter anderem im Rahmen dieser Arbeit, mehrere Messkampagnen und Untersuchungen durchgeführt hat. Durch eine Kombination von verfahrens- und regelungstechnischen Maßnahmen war es dort möglich, die Reinigungsleistung so weit zu steigern, dass die neuen Grenzwerte sicher eingehalten werden konnten. Zu einem großen Teil wurde dies durch die Verwendung einer Fuzzy-Regelung erreicht, die den Sauerstoffsollwert im Belebungsbecken angepasst an die momentane NH4-N- und NO3-N-Konzentration wählt, um beide Stoffe simultan in ausreichendem Maß abbauen zu können.Ein Nachteil dieser Methode ist, dass zusätzliche Messgeräte für die NH4-N- und NO3-N-Konzentration benötigt werden, die nicht zu der üblichen Ausstattung von Anlagen dieser Größe gehören. Darüber hinaus ist die Zuverlässigkeit dieser Messgeräte für einen Einsatz im Regelkreis nicht zufriedenstellend. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit die Auswirkungen von Messfehlern auf die verwendete Regelungsstrategie und mögliche Maßnahmen zur deren frühzeitiger Erkennung untersucht.Einleitend werden die betrachtete Anlage, die wichtigsten Abwassermessgrößen und die typischen Messgeräte vorgestellt. Dabei werden auch die Probleme angesprochen, die bei der Benutzung der Messgeräte auftreten. Weiterhin wird die auf der Anlage implementierte Prozessregelung beschrieben und der Einfluss von Messstörungen diskutiert.Die wichtigsten Verfahren zur Fehlerkennung, die eine Sensorvalidierung bzw. Prozessüberwachung ermöglichen, werden in dieser Arbeit vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für eine Verwendung im Abwasserbereich bewertet. Die Verfahren basieren entweder auf der Analyse der Eigenschaften eines einzelnen Messsignals oder kombinieren mehrere Signale mit Hilfe eines Modells (analytische Redundanz), um die Zuverlässigkeit der Messungen zu bestimmen. Anhand von Simulationsbeispielen, basierend auf Messdaten der betrachteten Abwasserreinigungsanlage, werden schließlich konkrete Möglichkeiten zur Erkennung von Messfehlern vorgestellt.

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Sensorvalidierung und Prozessüberwachung in der Abwassertechnik, Durch zunehmende Verschärfung der gesetzlichen Grenzwerte für Abwasserinhaltsstoffe im Ablauf von Abwasserreinigungsanlagen und wachsende Einzugsgebiete kommt es immer wieder dazu, dass die Reinigungsleistung bestehender Anlagen in Deutschland nicht mehr ausreicht, um die geforderten Werte zu erreichen. Insbesondere die sogenannten Stickstoffparameter, Ammonium- (NH4- -N) und Nitratstickstoff (NO3- N), stellen dann ein grosses Problem dar. Die nötige Leistungssteigerung der Abwasserreinigungsanlagen wird in diesen Fällen üblicherweise entweder durch eine bauliche Erweiterung einer existierenden Anlage oder sogar durch den Bau einer neuen, grösseren Anlage erreicht. Diese kostenintensiven Massnahmen könnten jedoch oft durch wesentlich günstigere verfahrens- und regelungstechnische Massnahmen vermieden werden. Dies ist insbesondere für die Betreiber von kleineren kommunalen Anlagen interessant, aber natürlich nicht nur auf diese beschränkt. Ein Beispiel für eine solche kommunale Anlage ist die Kläranlage der Stadt Netphen in Nordrhein-Westfalen, auf der das Zentrum für Sensorsystem (ZESS) der Universität Siegen, unter anderem im Rahmen dieser Arbeit, mehrere Messkampagnen und Untersuchungen durchgeführt hat. Durch eine Kombination von verfahrens- und regelungstechnischen Massnahmen war es dort möglich, die Reinigungsleistung so weit zu steigern, dass die neuen Grenzwerte sicher eingehalten werden konnten. Zu einem grossen Teil wurde dies durch die Verwendung einer Fuzzy- Regelung erreicht, die den Sauerstoffsollwert im Belebungsbecken angepasst an die momentane NH4- N- und NO3- N- Konzentration wählt, um beide Stoffe simultan in ausreichendem Mass abbauen zu können. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass zusätzliche Messgeräte für die NH4- N- und NO3- N- Konzentration benötigt werden, die nicht zu der üblichen Ausstattung von Anlagen dieser Grösse gehören. Darüber hinaus ist die Zuverlässigkeit dieser Messgeräte für einen Einsatz im Regelkreis nicht zufriedenstellend. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit die Auswirkungen von Messfehlern auf die verwendete Regelungsstrategie und mögliche Massnahmen zur deren frühzeitiger Erkennung untersucht. Einleitend werden die betrachtete Anlage, die wichtigsten Abwassermessgrössen und die typischen Messgeräte vorgestellt. Dabei werden auch die Probleme angesprochen, die bei der Benutzung der Messgeräte auftreten. Weiterhin wird die auf der Anlage implementierte Prozessregelung beschrieben und der Einfluss von Messstörungen diskutiert. Die wichtigsten Verfahren zur Fehlerkennung, die eine Sensorvalidierung bzw. Prozessüberwachung ermöglichen, werden in dieser Arbeit vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für eine Verwendung im Abwasserbereich bewertet. Die Verfahren basieren entweder auf der Analyse der Eigenschaften eines einzelnen Messsignals oder kombinieren mehrere Signale mit Hilfe eines Modells (analytische Redundanz), um die Zuverlässigkeit der Messungen zu bestimmen. Anhand von Simulationsbeispielen, basierend auf Messdaten der betrachteten Abwasserreinigungsanlage, werden schliesslich konkrete Möglichkeiten zur Erkennung von Messfehlern vorgestellt. Kunststoff-Einband, 02.2012.

Sensorvalidierung und Prozessüberwachung in der Abwassertechnik von Geritt Kampmann Deutsch, 136 Seiten, Februar 2012, Shaker Verlag, Taschenbuch, ISBN 3844008292, EAN 9783844008296 Beschreibung Durch zunehmende Verschärfung der gesetzlichen Grenzwerte für Abwasserinhaltsstoffe im Ablauf von Abwasserreinigungsanlagen und wachsende Einzugsgebiete kommt es immer wieder dazu, dass die Reinigungsleistung bestehender Anlagen in Deutschland nicht mehr ausreicht, um die geforderten Werte zu erreichen. Insbesondere die sogenannten Stickstoffparameter, Ammonium- (NH4--N) und Nitratstickstoff (NO3-N), stellen dann ein großes Problem dar. Die nötige Leistungssteigerung der Abwasserreinigungsanlagen wird in diesen Fällen üblicherweise entweder durch eine bauliche Erweiterung einer existierenden Anlage oder sogar durch den Bau einer neuen, größeren Anlage erreicht. Diese kostenintensiven Maßnahmen könnten jedoch oft durch wesentlich günstigere verfahrens- und regelungstechnische Maßnahmen vermieden werden. Dies ist insbesondere für die Betreiber von kleineren kommunalen Anlagen interessant, aber natürlich nicht nur auf diese beschränkt. Ein Beispiel für eine solche kommunale Anlage ist die Kläranlage der Stadt Netphen in Nordrhein-Westfalen, auf der das Zentrum für Sensorsystem (ZESS) der Universität Siegen, unter anderem im Rahmen dieser Arbeit, mehrere Messkampagnen und Untersuchungen durchgeführt hat. Durch eine Kombination von verfahrens- und regelungstechnischen Maßnahmen war es dort möglich, die Reinigungsleistung so weit zu steigern, dass die neuen Grenzwerte sicher eingehalten werden konnten. Zu einem großen Teil wurde dies durch die Verwendung einer Fuzzy-Regelung erreicht, die den Sauerstoffsollwert im Belebungsbecken angepasst an die momentane NH4-N- und NO3-N-Konzentration wählt, um beide Stoffe simultan in ausreichendem Maß abbauen zu können. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass zusätzliche Messgeräte für die NH4-N- und NO3-N-Konzentration benötigt werden, die nicht zu der üblichen Ausstattung von Anlagen dieser Größe gehören. Darüber hinaus ist die Zuverlässigkeit dieser Messgeräte für einen Einsatz im Regelkreis nicht zufriedenstellend. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit die Auswirkungen von Messfehlern auf die verwendete Regelungsstrategie und mögliche Maßnahmen zur deren frühzeitiger Erkennung untersucht. Einleitend werden die betrachtete Anlage, die wichtigsten Abwassermessgrößen und die typischen Messgeräte vorgestellt. Dabei werden auch die Probleme angesprochen, die bei der Benutzung der Messgeräte auftreten. Weiterhin wird die auf der Anlage implementierte Prozessregelung beschrieben und der Einfluss von Messstörungen diskutiert. Die wichtigsten Verfahren zur Fehlerkennung, die eine Sensorvalidierung bzw. Prozessüberwachung ermöglichen, werden in dieser Arbeit vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für eine Verwendung im Abwasserbereich bewertet. Die Verfahren basieren entweder auf der Analyse der Eigenschaften eines einzelnen Messsignals oder kombinieren mehrere Signale mit Hilfe eines Modells (analytische Redundanz), um die Zuverlässigkeit der Messungen zu bestimmen. Anhand von Simulationsbeispielen, basierend auf Messdaten der betrachteten Abwasserreinigungsanlage, werden schließlich konkrete Möglichkeiten zur Erkennung von Messfehlern vorgestellt.

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