專利名稱：智能絮凝投藥系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種水處理系統(tǒng)，具體是涉及一種智能化控制的絮凝投藥系統(tǒng)。
背景技術：
在水處理單元環(huán)節(jié)的自動控制方面，絮凝投藥工藝是最關鍵的環(huán)節(jié)。絮凝投藥工藝是一個復雜的物理化學過程，所以絮凝投藥工藝是最難控制的工藝環(huán)節(jié)。絮凝劑的投加量是影響絮凝效果的決定因素，且藥劑費在治水成本中占很大的比例，而及時準確地調(diào)節(jié)投藥量以適應原水水質(zhì)及運行條件的變化，達到以最低的藥耗量取得滿足要求的凈化效果就成了水處理環(huán)節(jié)的重要課題。利用常規(guī)模擬實驗法對水質(zhì)及原水絮凝狀況進行監(jiān)測或控制，其不能迅速反映水質(zhì)和絮凝程度，滯后時間長、工作量大、操作復雜，不適用于水處理工藝的快速在線監(jiān)測和控制的要求，已經(jīng)開發(fā)和廣泛應用的流動電流混凝投藥控制系統(tǒng)僅適用于電解質(zhì)類常規(guī)混凝劑的投加控制，尚不能直接用于投加非電解質(zhì)類高分子絮凝劑的絮凝過程檢測和控制。在八十年末出現(xiàn)的透光率脈動檢測技術，雖可以在線檢測水中顆粒物質(zhì)的粒徑變化，但其技術不成熟，存在滯后時間長、原水濁度變化對系統(tǒng)設定值影響較大、工藝相似性差、系統(tǒng)不穩(wěn)定及造價較高等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種智能絮凝投藥系統(tǒng)。本發(fā)明可解決現(xiàn)有水處理投藥系統(tǒng)不能迅速檢測出水質(zhì)和絮凝程度、滯后時間長、可使用的混凝劑種類單一、工作量大、操作復雜、系統(tǒng)不穩(wěn)定及造價較高等缺點。它由中心控制柜1、投藥泵2、投藥泵3、流量計4、原水濁度儀5、混合器6、清水濁度儀7、反應池8、沉淀池9、進水管11、出水管12、投藥管13組成；中心控制柜1的電源驅(qū)動端口1-4、電源驅(qū)動端口1-5分別連接投藥泵2的電源輸入端口2-2、投藥泵3的電源輸入端口3-2，中心控制柜1的數(shù)據(jù)輸入端口1-6、數(shù)據(jù)輸入端口1-7、數(shù)據(jù)輸入端口1-9分別連接流量計4的數(shù)據(jù)輸出端口4-3、原水濁度儀5的數(shù)據(jù)輸出端口5-2、清水濁度儀7的數(shù)據(jù)輸出端口7-2，投藥泵2的出藥口2-1、投藥泵3的出藥口3-1通過投藥管13連接混合器6的進藥口6-2端，進水管11的一端連接流量計4的進水口4-1，流量計4的出水口4-2連接原水濁度儀5的檢測端口5-1端并連接混合器6的進水口6-1端，混合器6的出水口6-3端連接反應池8的進水口8-1端，反應池8的出水端8-2連接沉淀池9的進水端9-1，沉淀池9的出水口9-2端連接清水濁度儀7的檢測端口7-1端并連接出水管12的一端。運行時原水通過進水管11流經(jīng)流量計4、原水濁度儀5時，流量計4測量出的流量數(shù)據(jù)和原水濁度儀5對原水測量出的濁度數(shù)據(jù)送到中心控制柜1中進行數(shù)據(jù)運算，中心控制柜1根據(jù)運算結(jié)果來控制投藥泵2、3進行投加絮凝劑，絮凝劑在混合器6里與原水充分混合后經(jīng)中間參數(shù)儀10檢測后再流入反映池8、沉淀池9中，沉淀池9中的清水經(jīng)清水濁度儀7的檢測后流入出水管12，中間參數(shù)儀10、清水濁度儀7的檢測數(shù)據(jù)送到中心控制柜1中分別參與絮凝劑投加量及中間參數(shù)設定值的修正運算，以得到采用最低的藥耗量取得滿足要求的凈化效果。本發(fā)明具有對水質(zhì)和絮凝程度快速檢測的能力、智能化程度高、操作簡單、能使用多種混凝劑、能自動也能手動運行、系統(tǒng)穩(wěn)定、造價低。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是中心控制柜1的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是可編程控制器1-3的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是具體實施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
一結(jié)合圖1、圖2、圖3說明本實施方式，本具體實施方式
由中心控制柜1、投藥泵2、投藥泵3、流量計4、原水濁度儀5、混合器6、清水濁度儀7、反應池8、沉淀池9、進水管11、出水管12、投藥管13組成；中心控制柜1的電源驅(qū)動端口1-4、電源驅(qū)動端口1-5分別連接投藥泵2的電源輸入端口2-2、投藥泵3的電源輸入端口3-2，中心控制柜1的數(shù)據(jù)輸入端口1-6、數(shù)據(jù)輸入端口1-7、數(shù)據(jù)輸入端口1-9分別連接流量計4的數(shù)據(jù)輸出端口4-3、原水濁度儀5的數(shù)據(jù)輸出端口5-2、清水濁度儀7的數(shù)據(jù)輸出端口7-2，投藥泵2的出藥口2-1、投藥泵3的出藥口3-1通過投藥管13連接混合器6的進藥口6-2端，進水管11的一端連接流量計4的進水口4-1，流量計4的出水口4-2連接原水濁度儀5的檢測端口5-1端并連接混合器6的進水口6-1端，混合器6的出水口6-3端連接反應池8的進水口8-1端，反應池8的出水端8-2連接沉淀池9的進水端9-1，沉淀池9的出水口9-2端連接清水濁度儀7的檢測端口7-1端并連接出水管12的一端；所述中心控制柜1由變頻調(diào)速器1-1、人機界面1-2、可編程控制器1-3組成；變頻調(diào)速器1-1的電源驅(qū)動端1-1-1、電源驅(qū)動端1-1-2分別連接中心控制柜1的電源驅(qū)動端1-4、電源驅(qū)動端1-5，可編程控制器1-3的數(shù)據(jù)腳1-3-1、數(shù)據(jù)腳1-3-2、數(shù)據(jù)腳1-3-4分別連接中心控制柜1的數(shù)據(jù)輸入端1-6、數(shù)據(jù)輸入端1-7、數(shù)據(jù)輸入端1-9，人機界面1-2的數(shù)據(jù)通信端口1-2-1端連接可編程控制器1-3的數(shù)據(jù)通信端口1-3-5端，可編程控制器1-3的數(shù)據(jù)端口1-3-6端連接變頻調(diào)速器1-1的數(shù)據(jù)端口1-1-3端；所述可編程控制器1-3由偏差變化率計算模塊14、模糊化模塊15、性能測量模塊16、控制量校正模塊17、控制規(guī)則修正模塊18、模糊控制規(guī)則模塊19、模糊邏輯決策模塊20、解模糊化模塊21、判斷模塊22、積分控制模塊23、減法器25、乘法器26組成；模糊控制規(guī)則模塊19內(nèi)部的初始控制規(guī)則是根據(jù)人工手動投藥的歷史數(shù)據(jù)，形成的模糊化的原水流量檢測值、原水濁度檢測值、濁度偏差和絮凝劑投加量之間的關系數(shù)據(jù)庫；端口1-3-5連接減法器25的正輸入端，端口1-3-4連接減法器25的負輸入端，減法器25的輸出端連接偏差變化率計算模塊14的輸入端、模糊化模塊15的輸入端151、判斷模塊22的輸入端221，偏差變化率計算模塊14的輸出端連接判斷模塊22的輸入端222、模糊化模塊15的輸入端152，端口1-3-2連接模糊化模塊15的輸入端153，端口1-3-1連接模糊化模塊15的輸入端154，模糊化模塊15的輸出端155連接性能測量模塊16的輸入端161、控制規(guī)則修正模塊18的輸入端181，模糊化模塊15的輸出端156連接性能測量模塊16的輸入端162、模糊控制規(guī)則模塊19的輸入端191，模糊化模塊15的輸出端157、輸出端158分別連接模糊控制規(guī)則模塊19的輸入端192、輸入端193，性能測量模塊16的輸出端163連接控制量校正模塊17的輸入端，控制量校正模塊17的輸出端連接控制規(guī)則修正模塊18的輸入端182，控制規(guī)則修正模塊18的輸出端183連接模糊控制規(guī)則模塊19的輸入端194，模糊控制規(guī)則模塊19的輸出端195連接模糊邏輯決策模塊20的輸入端，模糊邏輯決策模塊20的輸出端連接解模糊化模塊21的輸入端211，判斷模塊22的輸出端223連接積分控制模塊23的輸入端，積分控制模塊23的輸出端連接乘法器26的輸入端261，解模糊化模塊21的輸出端212連接乘法器26的輸入端262，乘法器26的輸出端連接端口1-3-6端?？刂圃硎菍⑷藱C界面1-2上設定的濁度設定值減去清水濁度儀7檢測的沉淀池出水濁度值得到濁度偏差e，e通過偏差變化率計算模塊14對時間求導得到偏差變化率Δe。將流量計4檢測的原水流量值、原水濁度儀5檢測的濁度值、濁度偏差e和偏差變化率Δe輸入到模糊化模塊15的輸入端，經(jīng)過模糊化模塊15處理后，通過模糊控制規(guī)則模塊19、模糊邏輯決策模塊20、解模糊化模塊21的處理所得到的數(shù)據(jù)與積分控制模塊23輸出的數(shù)據(jù)相乘成為最終的投藥量控制輸出信號。其中性能測量模塊16、控制量校正模塊17、控制規(guī)則修正模塊18是根據(jù)濁度偏差e和偏差變化率Δe來對模糊控制規(guī)則模塊19內(nèi)部的控制規(guī)則進行修改的自學習模塊。積分控制模塊23采用常規(guī)積分控制算法，用濁度偏差e值作為積分量。判斷模塊22根據(jù)濁度偏差e和偏差變化率Δe值的大小決定積分控制模塊23的輸出作用是否有效。投藥泵2、投藥泵3選用德國SERA公司的R系列計量泵，流量計4選用FIP公司的FLS100系列流量傳感器，原水濁度儀5選用美國HACH公司的SS6、SS6/HST型高濁度儀，清水濁度儀7選用美國HACH公司的1720D、1720D/L型低濁度儀，混合器6選用管道式靜態(tài)混合器，反應池8選用網(wǎng)格反應池或隔板反應池，沉淀池9選用斜管/斜板沉淀池或平流沉淀池，變頻調(diào)速器1-1選用松下電工通用型VF0系列變頻器，人機界面1-2選用西門子TP070、TP170系列觸摸屏或臺灣威達電PPC系列平板電腦，可編程控制器1-3選用西門子S7-300、S7-200系列可編程控制器及擴展模塊。
具體實施方式
二結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4說明本實施方式，本具體實施方式
在具體實施方式
一的基礎上增加有中間參數(shù)儀10，在可編程控制器1-3上增加有中間參數(shù)控制器模塊24、加法器27、減法器28；在模糊控制規(guī)則模塊19上增加基于模糊化的原水流量檢測值、原水濁度檢測值、濁度偏差和中間參數(shù)設定值之間的關系數(shù)據(jù)庫，其對應于解模糊化模塊21的輸出端213，原有關系數(shù)據(jù)庫對應于解模糊化模塊21的輸出端212；中間參數(shù)控制器24采用常規(guī)比例積分算法，根據(jù)中間參數(shù)設定值和中間參數(shù)儀10檢測值的差值進行比例積分運算，其設定值由解模糊化模塊21的輸出端213同積分控制模塊23的輸出相疊加來自動修正；中間參數(shù)儀10的檢測端口10-1連接混合器6的出水口6-3端并連接反應池8的進水口8-1端，中間參數(shù)儀10的數(shù)據(jù)輸出端口10-2端連接中心控制柜1的數(shù)據(jù)輸入端口1-8端，中心控制柜1的數(shù)據(jù)輸入端口1-8連接可編程控制器1-3的數(shù)據(jù)端口1-3-3端；積分控制模塊23的輸出端連接加法器27的輸入端271，解模糊化模塊21的輸出端213連接加法器27的輸入端272，加法器27的輸出端273連接減法器28的正輸入端，數(shù)據(jù)端口1-3-3連接減法器28的負輸入端，減法器28的輸出端連接中間參數(shù)控制器模塊24的輸入端，中間參數(shù)控制器模塊24的輸出端連接乘法器26的輸入端262，解模糊化模塊21的輸出端212連接乘法器26的輸入端261。它具有縮短滯后時間，增強系統(tǒng)的動態(tài)響應速度的作用。中間參數(shù)儀10選用美國Sentrol公司的SPD1000型檢測儀。
權(quán)利要求
1.智能絮凝投藥系統(tǒng)，其特征在于它由中心控制柜(1)、投藥泵(2)、投藥泵(3)、流量計(4)、原水濁度儀(5)、混合器(6)、清水濁度儀(7)、反應池(8)、沉淀池(9)、進水管(11)、出水管(12)、投藥管(13)組成；中心控制柜(1)的電源驅(qū)動端口(1-4)、電源驅(qū)動端口(1-5)分別連接投藥泵(2)的電源輸入端口(2-2)、投藥泵(3)的電源輸入端口(3-2)，中心控制柜(1)的數(shù)據(jù)輸入端口(1-6)、數(shù)據(jù)輸入端口(1-7)、數(shù)據(jù)輸入端口(1-9)分別連接流量計(4)的數(shù)據(jù)輸出端口(4-3)、原水濁度儀(5)的數(shù)據(jù)輸出端口(5-2)、清水濁度儀(7)的數(shù)據(jù)輸出端口(7-2)，投藥泵(2)的出藥口(2-1)、投藥泵(3)的出藥口(3-1)通過投藥管(13)連接混合器(6)的進藥口(6-2)端，進水管(11)的一端連接流量計(4)的進水口(4-1)，流量計(4)的出水口(4-2)連接原水濁度儀(5)的檢測端口(5-1)端并連接混合器(6)的進水口(6-1)端，混合器(6)的出水口(6-3)端連接反應池(8)的進水口(8-1)端，反應池(8)的出水端(8-2)連接沉淀池(9)的進水端(9-1)，沉淀池(9)的出水口(9-2)端連接清水濁度儀(7)的檢測端口(7-1)端并連接出水管(12)的一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能絮凝投藥系統(tǒng)，其特征在于中心控制柜(1)由變頻調(diào)速器(1-1)、人機界面(1-2)、可編程控制器(1-3)組成；變頻調(diào)速器(1-1)的電源驅(qū)動端(1-1-1)、電源驅(qū)動端(1-1-2)分別連接中心控制柜(1)的電源驅(qū)動端(1-4)、電源驅(qū)動端(1-5)，可編程控制器(1-3)的數(shù)據(jù)腳(1-3-1)、數(shù)據(jù)腳(1-3-2)、數(shù)據(jù)腳(1-3-4)分別連接中心控制柜(1)的數(shù)據(jù)輸入端(1-6)、數(shù)據(jù)輸入端(1-7)、數(shù)據(jù)輸入端(1-9)，人機界面(1-2)的數(shù)據(jù)通信端口(1-2-1)端連接可編程控制器(1-3)的數(shù)據(jù)通信端口(1-3-5)端，可編程控制器(1-3)的數(shù)據(jù)端口(1-3-6)端連接變頻調(diào)速器(1-1)的數(shù)據(jù)端口(1-1-3)端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能絮凝投藥系統(tǒng)，其特征在于可編程控制器(1-3)由偏差變化率計算模塊(14)、模糊化模塊(15)、性能測量模塊(16)、控制量校正模塊(17)、控制規(guī)則修正模塊(18)、模糊控制規(guī)則模塊(19)、模糊邏輯決策模塊(20)、解模糊化模塊(21)、判斷模塊(22)、積分控制模塊(23)、減法器(25)、乘法器(26)組成；模糊控制規(guī)則模塊(19)內(nèi)部的初始控制規(guī)則是根據(jù)人工手動投藥的歷史數(shù)據(jù)，形成的模糊化的原水流量檢測值、原水濁度檢測值、濁度偏差和絮凝劑投加量之間的關系數(shù)據(jù)庫；端口(1-3-5)連接減法器(25)的正輸入端，端口(1-3-4)連接減法器(25)的負輸入端，減法器(25)的輸出端連接偏差變化率計算模塊(14)的輸入端、模糊化模塊(15)的輸入端(151)、判斷模塊(22)的輸入端(221)，偏差變化率計算模塊(14)的輸出端連接判斷模塊(22)的輸入端(222)、模糊化模塊(15)的輸入端(152)，端口(1-3-2)連接模糊化模塊(15)的輸入端(153)，端口(1-3-1)連接模糊化模塊(15)的輸入端(154)，模糊化模塊(15)的輸出端(155)連接性能測量模塊(16)的輸入端(161)、控制規(guī)則修正模塊(18)的輸入端(181)，模糊化模塊(15)的輸出端(156)連接性能測量模塊(16)的輸入端(162)、模糊控制規(guī)則模塊(19)的輸入端(191)，模糊化模塊(1 5)的輸出端(157)、輸出端(158)分別連接模糊控制規(guī)則模塊(19)的輸入端(192)、輸入端(193)，性能測量模塊(16)的輸出端(163)連接控制量校正模塊(17)的輸入端，控制量校正模塊(17)的輸出端連接控制規(guī)則修正模塊(18)的輸入端(182)，控制規(guī)則修正模塊(18)的輸出端(183)連接模糊控制規(guī)則模塊(19)的輸入端(194)，模糊控制規(guī)則模塊(19)的輸出端(195)連接模糊邏輯決策模塊(20)的輸入端，模糊邏輯決策模塊(20)的輸出端連接解模糊化模塊(21)的輸入端(211)，判斷模塊(22)的輸出端(223)連接積分控制模塊(23)的輸入端，積分控制模塊(23)的輸出端連接乘法器(26)的輸入端(261)，解模糊化模塊(21)的輸出端(212)連接乘法器(26)的輸入端(262)，乘法器(26)的輸出端連接端口(1-3-6)端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能絮凝投藥系統(tǒng)，其特征在于可編程控制器(1-3)上增加有中間參數(shù)儀(10)，在可編程控制器(1-3)上增加有中間參數(shù)控制器模塊(24)、加法器(27)、減法器(28)；在模糊控制規(guī)則模塊(19)上增加基于模糊化的原水流量檢測值、原水濁度檢測值、濁度偏差和中間參數(shù)設定值之間的關系數(shù)據(jù)庫，其對應于解模糊化模塊(21)的輸出端(213)，原有關系數(shù)據(jù)庫對應于解模糊化模塊(21)的輸出端(212)；中間參數(shù)控制器(24)采用常規(guī)比例積分算法，根據(jù)中間參數(shù)設定值和中間參數(shù)儀(10)檢測值的差值進行比例積分運算，其設定值由解模糊化模塊(21)的輸出端(213)同積分控制模塊(23)的輸出相疊加來自動修正；中間參數(shù)儀(10)的檢測端口(10-1)連接混合器(6)的出水口(6-3)端并連接反應池(8)的進水口(8-1)端，中間參數(shù)儀(10)的數(shù)據(jù)輸出端口(10-2)端連接中心控制柜(1)的數(shù)據(jù)輸入端口(1-8)端，中心控制柜(1)的數(shù)據(jù)輸入端口(1-8)連接可編程控制器(1-3)的數(shù)據(jù)端口(1-3-3)端；積分控制模塊(23)的輸出端連接加法器(27)的輸入端(271)，解模糊化模塊(21)的輸出端(213)連接加法器(27)的輸入端(272)，加法器(27)的輸出端(273)連接減法器(28)的正輸入端，數(shù)據(jù)端口(1-3-3)連接減法器(28)的負輸入端，減法器(28)的輸出端連接中間參數(shù)控制器模塊(24)的輸入端，中間參數(shù)控制器模塊(24)的輸出端連接乘法器(26)的輸入端(262)，解模糊化模塊(21)的輸出端(212)連接乘法器(26)的輸入端(261)。
全文摘要
智能絮凝投藥系統(tǒng)，本發(fā)明是涉及一種智能化控制的絮凝投藥系統(tǒng)。中心控制柜(1)的(1－4)、(1－5)分別接投藥泵(2)的(2－2)、投藥泵(3)的(3－2)，(1)的(1－6)、(1－7)、(1－8)、(1－9)分別接流量計(4)的(4－3)、原水濁度儀(5)的(5－2)、(10)的(10－2)、清水濁度儀(7)的(7－2)，(2)的(2－2)、(3)的(3－2)通過投藥管(13)接混合器(6)的(6－2)，進水管(11)的一端接(4)的(4－1)，(4)的(4－2)接(5)的(5－1)并接(6)的(6－1)，(6)的(6－3)接中間參數(shù)儀(10)的(10－1)并接反應池(8)的(8－1)，(8)的(8－2)接沉淀池(9)的(9－1)，(9)的(9－2)接(7)的(7－1)并接出水管(12)的一端。本發(fā)明具有對水質(zhì)和絮凝程度快速檢測的能力、能使用多種混凝劑、能自動也能手動運行、系統(tǒng)穩(wěn)定、造價低。
文檔編號C02F1/52GK1557737SQ20041001352
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月17日
發(fā)明者南軍, 南 軍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學