Development, implementation and evaluation of an activated sludge supervisory system for the Granollers WWTP

La present tesi pretén recollir l'experiència viscuda en desenvolupar un sistema supervisor intel·ligent per a la millora de la gestió de plantes depuradores d'aigües residuals., implementar-lo en planta real (EDAR Granollers) i avaluar-ne el funcionament dia a dia amb situacions típiques de la planta. Aquest sistema supervisor combina i integra eines de control clàssic de les plantes depuradores (controlador automàtic del nivell d'oxigen dissolt al reactor biològic, ús de models descriptius del procés...) amb l'aplicació d'eines del camp de la intel·ligència artificial (sistemes basats en el coneixement, concretament sistemes experts i sistemes basats en casos, i xarxes neuronals). Aquest document s'estructura en 9 capítols diferents. Hi ha una primera part introductòria on es fa una revisió de l'estat actual del control de les EDARs i s'explica el perquè de la complexitat de la gestió d'aquests processos (capítol 1). Aquest capítol introductori juntament amb el capítol 2, on es pretén explicar els antecedents d'aquesta tesi, serveixen per establir els objectius d'aquest treball (capítol 3). A continuació, el capítol 4 descriu les peculiaritats i especificitats de la planta que s'ha escollit per implementar el sistema supervisor. Els capítols 5 i 6 del present document exposen el treball fet per a desenvolupar el sistema basat en regles o sistema expert (capítol 6) i el sistema basat en casos (capítol 7). El capítol 8 descriu la integració d'aquestes dues eines de raonament en una arquitectura multi nivell distribuïda. Finalment, hi ha una darrer capítol que correspon a la avaluació (verificació i validació), en primer lloc, de cadascuna de les eines per separat i, posteriorment, del sistema global en front de situacions reals que es donin a la depuradora

Monitoring long distance WDM communication lines using a high-loss loopback supervisory system

In this paper, we present experimental results for monitoring long distance WDM communication links using a line monitoring system suitable for legacy optically amplified long-haul undersea systems. This monitoring system is based on setting up a simple, passive, low cost high-loss optical loopback circuit at each repeater that provides a connection between the existing anti-directional undersea fibres, and can be used to define fault location. Fault location is achieved by transmitting a short pulse supervisory signal along with the WDM data signals where a portion of the overall signal is attenuated and returned to the transmit terminal by the loopback circuit. A special receiver is used at the terminal to extract the weakly returned supervisory signal where each supervisory signal is received at different times corresponding to different optical repeaters. Therefore, the degradation in any repeater appears on its corresponding supervisory signal level. We use a recirculating loop to simulate a 4600 km fibre link, on which a high-loss loopback supervisory system is implemented. Successful monitoring is accomplished through the production of an appropriate supervisory signal at the terminal that is detected and identified in a satisfactory time period after passing through up to 45 dB attenuation in the loopback circuit. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Monitoring long distance WDM communication lines using a high-loss loopback supervisory system

In this paper, we present experimental results for monitoring long distance WDM communication links using a line monitoring system suitable for legacy optically amplified long-haul undersea systems. This monitoring system is based on setting up a simple, passive, low cost high-loss optical loopback circuit at each repeater that provides a connection between the existing anti-directional undersea fibres, and can be used to define fault location. Fault location is achieved by transmitting a short pulse supervisory signal along with the WDM data signals where a portion of the overall signal is attenuated and returned to the transmit terminal by the loopback circuit. A special receiver is used at the terminal to extract the weakly returned supervisory signal where each supervisory signal is received at different times corresponding to different optical repeaters. Therefore, the degradation in any repeater appears on its corresponding supervisory signal level. We use a recirculating loop to simulate a 4600 km fibre link, on which a high-loss loopback supervisory system is implemented. Successful monitoring is accomplished through the production of an appropriate supervisory signal at the terminal that is detected and identified in a satisfactory time period after passing through up to 45 dB attenuation in the loopback circuit. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Monitoring long distance WDM communication lines using a high-loss loopback supervisory system

In this paper, we present experimental results for monitoring long distance WDM communication links using a line monitoring system suitable for legacy optically amplified long-haul undersea systems. This monitoring system is based on setting up a simple, passive, low cost high-loss optical loopback circuit at each repeater that provides a connection between the existing anti-directional undersea fibres, and can be used to define fault location. Fault location is achieved by transmitting a short pulse supervisory signal along with the WDM data signals where a portion of the overall signal is attenuated and returned to the transmit terminal by the loopback circuit. A special receiver is used at the terminal to extract the weakly returned supervisory signal where each supervisory signal is received at different times corresponding to different optical repeaters. Therefore, the degradation in any repeater appears on its corresponding supervisory signal level. We use a recirculating loop to simulate a 4600 km fibre link, on which a high-loss loopback supervisory system is implemented. Successful monitoring is accomplished through the production of an appropriate supervisory signal at the terminal that is detected and identified in a satisfactory time period after passing through up to 45 dB attenuation in the loopback circuit. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Investigation of the effect of an increased supervisory signal power in a high-loss loopback monitoring system

We present experimental results for the effect of an increased supervisory signal power in a high-loss loopback supervisory system in an optically amplified wavelength division multiplexing (WDM) transmission line. The study focuses on the investigation of increasing the input power for the supervisory signal and the effect on the co-propagating WDM data signals using different channel spacing. This investigation is useful for determining the power limitation of the supervisory signal if extra power is needed to improve the monitoring. The study also shows the effect of spacing on the quality of the supervisory signal itself because of interaction with adjacent data signals. © The Institution of Engineering and Technology 2014.

Investigation of the effect of an increased supervisory signal power in a high-loss loopback monitoring system

We present experimental results for the effect of an increased supervisory signal power in a high-loss loopback supervisory system in an optically amplified wavelength division multiplexing (WDM) transmission line. The study focuses on the investigation of increasing the input power for the supervisory signal and the effect on the co-propagating WDM data signals using different channel spacing. This investigation is useful for determining the power limitation of the supervisory signal if extra power is needed to improve the monitoring. The study also shows the effect of spacing on the quality of the supervisory signal itself because of interaction with adjacent data signals.

Investigation of the effect of an increased supervisory signal power in a high-loss loopback monitoring system

We present experimental results for the effect of an increased supervisory signal power in a high-loss loopback supervisory system in an optically amplified wavelength division multiplexing (WDM) transmission line. The study focuses on the investigation of increasing the input power for the supervisory signal and the effect on the co-propagating WDM data signals using different channel spacing. This investigation is useful for determining the power limitation of the supervisory signal if extra power is needed to improve the monitoring. The study also shows the effect of spacing on the quality of the supervisory signal itself because of interaction with adjacent data signals.

Supervisory software development according to IEEE 1451.1 standard

IEEE 1451 is Standard to connect transduscers through a communication network. This article describes a supervisory system implementaion according to IEEE 1451 Standard using Java. This software, named NCAP, may be used in several industrial applications, besides making feasible to obtain TEDS as a report or by Internet. NCAP communicates with transduscer module through RS232 Interface and was testes in industrial automation processes. © 2009 IEEE.

Experimental research on the influence of the air humidity conditions in an air conditioning system

The factors that have influence on the energy consumption of a small air conditioning system that are worth mentioning are the efficiencies of the compressor, evaporator and condenser, the form that the refrigerant flow is controlled, the fan model used, and climatic conditions. Within the climate issue, an interesting factor is that the relative humidity when it comes to the effect that it causes, especially in the performance of the air condenser, which generally is not considered in the projects. This study aims to evaluate the influence of humidity on the coefficient of system performance (COP), seeking to quantify their influence when it happens. The tests were performed on a testing bench, mounted at the Laboratory for Energy Efficiency (LAMOTRIZ) UNESP-Campus Guaratinguetá. In the study, the wet bulb temperature was ranged, keeping the rotation of the scroll compressor with application of a frequency inverter in its best performance. The test bench is provided with a supervisory system of data collection that is also able to control all functions of the bench. In the results, there was a significant influence, particularly when comparing high humidity conditions with low humidity, noting that only over 65% relative humidity is that significant changes are observed in the COP of the system. © 2013 Elsevier Inc.

Assessing the Single Supervisory Mechanism: passing the point of no return for Europe's banking union. Egmont Paper No. 58, June 2013

From the Executive Summary. Europe’s financial and sovereign debt crises have become increasingly interconnected. In order to break the negative feedback loop between the two, the EU has decided to create a common supervisory framework for the banking sector: the Single Supervisory Mechanism (SSM). The SSM will involve a supervisory system including both the national supervisors and the European Central Bank (ECB). By endowing the ECB with supervisory authority over a major part of the European banking sector, the SSM’s creation will result in a shake-up of the way in which the European financial sector is being supervised. Under the right circumstances, this could be a major step forward in addressing Europe’s interconnected crises.

基于嵌入式实时Linux的远程监控系统

提出了一种基于嵌入式实时Linux的设备远程监控系统,重点针对现有远程监控系统体积、实时性问题加以改进。在自行研发的操作系统基础之上,一方面实现了嵌入式Internet技术;另一方面满足了系统硬实时性需求,为故障的实时预报、诊断、控制提供了强有力的支持。

Automatic diagnosis of task faults in flexible manufacturing systems

Hardy, N. W., Barnes, D. P., Lee, L. H. (1989). Automatic diagnosis of task faults in flexible manufacturing systems. Robotica, 7 (1):25-35

Gewerbeaufsicht im 21. Jahrhundert.

Während zum Genehmigungsrecht zahlreiche Abhandlungen in der juristischen Literatur und eine große Zahl von Urteilen veröffentlicht sind, hält sich die Forschung und praktische Behandlung zum Aufsichtsrecht in Grenzen. Diese Arbeit vertieft das Verständnis, für die spezifische Verknüpfung und gegenseitige Abhängigkeit der Eröffnungskontrollen und der begleitenden Kontrollen im deutschen Arbeits-, Umwelt- und Verbraucherschutzrecht. Zentraler Punkt dieser Arbeit ist die Entwicklung von Grundlinien der begleitenden Aufsicht im Gewerbeaufsichtsrecht. Dazu ist es erforderlich die verschiedenen Randbedingungen gewerbeaufsichtlichen Handelns in den Blick zu nehmen. Es ist ein Blick auf die zu erwartende Ausbildung eines neuen Rationalitätstyps der gesellschaftlichen Entwicklung (2.), auf die Typisierung von Staats-, Gewerbe- und Wirtschaftsaufsicht und deren spezifischen Handlungsmustern, den festgestellten Defiziten des Aufsichtsrechts und des Aufsichtshandelns der begleitenden Kontrollen und den festgestellten tatsächlichen Wirkungen des Aufsichtssystems (3.) zu werfen. Weitere Einflüsse auf das Aufsichtsmodell der Zukunft kommen aus der erwarteten und wünschenswerten Entwicklung des Genehmigungsrechts (4.), der Art und Weise wie die begleitende Aufsicht gehandhabt werden kann und soll (5.) und den Privatisierungstypen und deren verfassungsrechtlichen Grenzen (6.). Die Arbeit schließt mit der Formulierung eines Zukunftsmodells, dass die Gewichte zwischen der Eröffnungs- und der begleitender Kontrolle, sowie das Verhältnis zwischen Staat, Privaten Dritten und Unternehmen, neu ordnet. Insgesamt wird in dieser Arbeit für ein Aufsichtsmodell plädiert, indem der Staat stärker in die Verantwortung für eine risikoorientierte begleitende Aufsicht genommen wird. Maßstäbe für die Risikoregelung sind künftig komplett vom Staat aufzustellen. Staatliche Aufsicht kann sich zukünftig auf Rahmenregelungen und Rahmenprüfungen bei den risikoreichsten Anlagen, Tätigkeiten und Produkten beschränken. Private Dritte können die Detailermittlungen und Freigaben bearbeiten. Private Sachverständige können künftig die Hauptlast detaillierter und zeitintensiver Kontrolltätigkeiten bei Anlagen, Tätigkeiten und Produkten mit mittlerem Risiko übernehmen. Anlagen, Tätigkeiten und Produkte mit geringem Risiko können der Eigenüberwachung überlassen werden. Im Gegenzug muss der Staat in deutlich stärkeren Maß die Aufsicht über die Kontrolleure anhand einheitlicher Maßstäbe organisieren und durchführen. Die Anforderungen an die Kontrolleure müssen künftig allgemein, sowohl für die externen Kontrollpersonen als auch für die internen Aufsichtspersonen, gelten und überprüft werden.

Embedding objects into Matlab/Simulink for process supervision

This paper introduces how artificial intelligence technologies can be integrated into a known computer aided control system design (CACSD) framework, Matlab/Simulink, using an object oriented approach. The aim is to build a framework to aid supervisory systems analysis, design and implementation. The idea is to take advantage of an existing CACSD framework, Matlab/Simulink, so that engineers can proceed: first to design a control system, and then to design a straightforward supervisory system of the control system in the same framework. Thus, expert systems and qualitative reasoning tools are incorporated into this popular CACSD framework to develop a computer aided supervisory system design (CASSD) framework. Object-variables an introduced into Matlab/Simulink for sharing information between tools

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.