專利名稱：一種水處理混凝沉淀投藥控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理混凝沉淀投藥的控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景在以地表水為城市供水水源的飲用水凈化處理工藝中，混合、絮凝及沉淀 工藝是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，除濁、澄清仍是水處理工藝的主要目標(biāo)。由于水 處理系統(tǒng)自身具有很大的滯后性，而且混凝過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過 程，有著不同于一般工業(yè)過程控制的獨(dú)特之處，使得目前水廠廣泛采用的固定 程序化自動(dòng)控制系統(tǒng)，很難在水廠運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)混凝劑投加量優(yōu)化控制。目 前，國內(nèi)水廠的混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍采用前饋控制或單因子閉環(huán)控制兩 種方式。前饋控制主要依賴于原水參數(shù)與投藥量之間的數(shù)學(xué)模型，由于混凝是 一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，具有時(shí)滯長、慣性大的特點(diǎn)，該種控制方式很 難對(duì)出水濁度的變化做出快速的響應(yīng)。單因子閉環(huán)控制基于流動(dòng)電流儀等儀器 對(duì)出水濁度的間接反映，能夠快速反映出水濁度的變化，但是這些儀器對(duì)各種 水質(zhì)參數(shù)存在交叉因子，抗干擾能力差，水質(zhì)和工藝條件要求高，調(diào)校麻煩， 維護(hù)困難，限制了該項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種水處理混凝沉淀投藥控制系統(tǒng)，以克服前饋控制 很難對(duì)出水濁度的變化做出快速響應(yīng)的缺陷以及單因子閉環(huán)控制抗干擾能力差的缺陷。它由反饋比較器l、前饋比較器2、反饋控制器3、前饋控制器4、濁 度儀5、投藥泵6、原水濁度檢測(cè)儀7和原水流量監(jiān)測(cè)儀8組成，濁度儀5的輸 出端連接第一比較器1的負(fù)相輸入端從而把混凝沉淀后出水的濁度輸入到反饋 比較器1去與出水濁度設(shè)定值相減，第一比較器1的輸出端連接反饋控制器3 的輸入端，反饋控制器3的輸出端連接前饋比較器2的一個(gè)正相輸入端，前饋 控制器4的兩個(gè)輸入端分別連接原水濁度檢測(cè)儀7的輸出端和原水流量監(jiān)測(cè)儀8 的輸出端從而采集原水的濁度和流量信息，前饋控制器4的輸出端連接前饋比 較器2的另一個(gè)正相輸入端，前饋比較器2的輸出端連接投藥泵6的受控端。
本發(fā)明采用前饋和反饋共同組成的復(fù)合控制方案。其中以前饋投藥控制為 主，反饋校正調(diào)整投藥控制為輔。前饋投藥控制是根據(jù)原水的流量和濁度參數(shù)來調(diào)節(jié)藥量，以保證出水水質(zhì)。反饋校正投藥控制是經(jīng)過對(duì)出水水質(zhì)檢測(cè)；若 與設(shè)定值有偏差，則通過反饋校正投藥量，使水質(zhì)滿足要求。因此本發(fā)明既克 服了單一前饋控制很難對(duì)出水濁度的變化做出快速的響應(yīng)的缺陷，也克服了單 因子閉環(huán)控制抗干擾能力差的缺陷。


圖i是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式由反饋 比較器l、前饋比較器2、反饋控制器3、前饋控制器4、濁度儀5、投藥泵6、 原水濁度檢測(cè)儀7和原水流量監(jiān)測(cè)儀8組成，濁度儀5的輸出端連接第一比較 器1的負(fù)相輸入端從而把混凝沉淀后出水的濁度輸入到反饋比較器1去與出水 濁度設(shè)定值相減，第一比較器1的輸出端連接反饋控制器3的輸入端，反饋控 制器3的輸出端連接前饋比較器2的一個(gè)正相輸入端，前饋控制器4的兩個(gè)輸 入端分別連接原水濁度檢測(cè)儀7的輸出端和原水流量監(jiān)測(cè)儀8的輸出端從而采 集原水的濁度和流量信息，前饋控制器4的輸出端連接前饋比較器2的另一個(gè) 正相輸入端，前饋比較器2的輸出端連接投藥泵6的受控端。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)在于反饋控制器3 根據(jù)出水濁度設(shè)定值與濁度儀5檢測(cè)到出水的濁度之間的差值，采用動(dòng)態(tài)矩陣 控制算法(DMC算法)來預(yù)測(cè)投藥量并輸出控制值。在水處理混凝投藥過程中，被控量選為出水的濁度，控制量選為投藥泵6 的工作頻率。由于被控對(duì)象(混凝投藥過程)具有大時(shí)滯、大慣性的特點(diǎn)，適 于采用DMC算法進(jìn)行控制。在現(xiàn)場(chǎng)提取階躍響應(yīng)參數(shù)作為預(yù)測(cè)模型。該模型 輸出由兩部分組成第一部分為待求的位置控制增量，第二部分為過去控制量 生產(chǎn)的系統(tǒng)已知輸出初值。然后，用實(shí)際輸出與預(yù)測(cè)模型之差來校正系統(tǒng)的預(yù) 測(cè)輸出，并推導(dǎo)出二次型性能指標(biāo)下的最優(yōu)控制律。接下來選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)時(shí) 域長度、控制時(shí)域長度、誤差加權(quán)矩陣、控制量加權(quán)矩陣構(gòu)成滾動(dòng)優(yōu)化控制。具體做法是這樣的 (1)水廠投藥過程建模 混凝投藥過程是非常復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)過程，難以建立精確的數(shù)學(xué)模 型，本項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)，結(jié)合最小二乘法對(duì)混凝投藥過程進(jìn)行模型辨識(shí)。辨識(shí)得出預(yù)測(cè)模型為有滯后環(huán)節(jié)的過阻尼二階對(duì)象；有滯后環(huán)節(jié) 的過阻尼二階對(duì)象傳遞函數(shù)一般表達(dá)式為<formula>formula see original document page 5</formula>根據(jù)水廠歸一化采樣數(shù)據(jù)，利用最小二乘辨識(shí)法辨識(shí)系統(tǒng)參數(shù)得到某一水廠的 如式(3-2)所示的傳遞函數(shù)<formula>formula see original document page 5</formula>(2) 投藥過程復(fù)合控制自動(dòng)投藥方案采用前饋和反饋組成的復(fù)合控制方案。前饋投藥控制是根據(jù) 原水的流量、濁度參數(shù)，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)按一定的配比調(diào)節(jié)藥量，以保證出水水 質(zhì)。反饋校正調(diào)藥是經(jīng)過對(duì)出水水質(zhì)檢測(cè)，若與設(shè)定值有偏差，要通過反饋校 正投藥量，使水質(zhì)滿足要求。其中，反饋校正采用預(yù)測(cè)控制方式。(3) 投藥閉環(huán)DMC預(yù)測(cè)控制 用過去施加于系統(tǒng)的控制量表示初值的預(yù)測(cè)模型輸出為 '<formula>formula see original document page 5</formula> 用實(shí)際輸出與預(yù)測(cè)模型輸出之差對(duì)系統(tǒng)預(yù)測(cè)輸出進(jìn)行校正，用來彌補(bǔ)模型的 失配及干擾等影響，如式(3-4)所示。<formula>formula see original document page 5</formula>式中!H"i)a預(yù)測(cè)輸出控制量， 雖+1) = ["(A +1 / + 2A),.,萍+尸)/ ;時(shí)刻預(yù)測(cè)模型輸出誤差，= ; A—誤差修正系數(shù)矩陣，/^^,/n,…,&f。 取跟蹤和控制加權(quán)的二次型性能指標(biāo)為j=[歸+1) -雖+i)f' g[雖+1)-雖+1)] (3-5) 式中e為誤差加權(quán)矩陣，A為控制加權(quán)矩陣。由&//5^^/(*) = 0，化簡后得△ f/(A:)=(匈j + A/)—1匈[雖+1)—苗(A -1)—峰)] (3-6)將上式展開，即可求出從;t到;t+M-i時(shí)刻的順序開環(huán)控制增量，艮卩+ — 1) = c// [K(yt +1) — A)"(/t — 1) — 一)] (3-7) 式巾f為+ A/)-1 J7 G的第! 行。在投入運(yùn)行的第一步檢測(cè)對(duì)象的實(shí)際輸出，并把它設(shè)定為預(yù)測(cè)初值 "(A;+〃A:)，z' = l,2,..,7v。從第二步起即轉(zhuǎn)入實(shí)時(shí)控制模塊，首先檢測(cè)實(shí)際輸出并計(jì)算誤差，接著 進(jìn)行誤差校正，用來彌補(bǔ)模型的失配及干擾等影響，然后通過移位來設(shè)置該時(shí) 刻的初值，之后計(jì)算控制增量和控制量用于輸出，最后計(jì)算下一時(shí)刻的輸出預(yù) 測(cè)值，并返回第二步初始段反復(fù)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)誤差校正和滾動(dòng)優(yōu)化。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)在于反饋比較器l、前饋比較器2、反饋控制器3、前饋控制器4、濁度儀5、投藥泵6、原水濁度檢測(cè) 儀7和原水流量監(jiān)測(cè)儀8通過LonWorks總線組成網(wǎng)絡(luò)。由于水廠制水工藝的有序連 接以及相關(guān)設(shè)備的地位分散性，應(yīng)用LonWorks網(wǎng)絡(luò)通過各智能節(jié)點(diǎn)把工藝進(jìn)行連 接協(xié)調(diào)，并在監(jiān)控中心的管理下，進(jìn)行可靠的運(yùn)行。由于LonWorks技術(shù)中心提供 的Lon產(chǎn)品可將Lon網(wǎng)與廣域網(wǎng)相連，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)水廠進(jìn)行監(jiān)控和管理。
權(quán)利要求
1、一種水處理混凝沉淀投藥控制系統(tǒng)，其特征在于它由反饋比較器(1)、前饋比較器(2)、反饋控制器(3)、前饋控制器(4)、濁度儀(5)、投藥泵(6)、原水濁度檢測(cè)儀(7)和原水流量監(jiān)測(cè)儀(8)組成，濁度儀(5)的輸出端連接第一比較器(1)的負(fù)相輸入端從而把混凝沉淀后出水的濁度輸入到反饋比較器(1)去與出水濁度設(shè)定值相減，第一比較器(1)的輸出端連接反饋控制器(3)的輸入端，反饋控制器(3)的輸出端連接前饋比較器(2)的一個(gè)正相輸入端，前饋控制器(4)的兩個(gè)輸入端分別連接原水濁度檢測(cè)儀(7)的輸出端和原水流量監(jiān)測(cè)儀(8)的輸出端從而采集原水的濁度和流量信息，前饋控制器(4)的輸出端連接前饋比較器(2)的另一個(gè)正相輸入端，前饋比較器(2)的輸出端連接投藥泵(6)的受控端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水處理混凝沉淀投藥控制系統(tǒng)，其特征在于 反饋控制器(3)根據(jù)出水濁度設(shè)定值與濁度儀(5)檢測(cè)到出水的濁度之間的差值， 采用動(dòng)態(tài)矩陣控制算法來預(yù)測(cè)投藥量并輸出控制值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水處理混凝沉淀投藥控制系統(tǒng)，其特征在于 反饋比較器(l)、前饋比較器(2)、反饋控制器(3)、'前饋控制器(4)、濁度儀(5)、 投藥泵(6)、原水濁度檢測(cè)儀(7)和原水流量監(jiān)測(cè)儀(8)通過LonWorks總線組成網(wǎng) 絡(luò)。
全文摘要
一種水處理混凝沉淀投藥控制系統(tǒng)，本發(fā)明涉及水處理混凝沉淀投藥的控制系統(tǒng)。它克服了前饋控制很難對(duì)出水濁度的變化做出快速響應(yīng)的缺陷以及單因子閉環(huán)控制抗干擾能力差的缺陷。它由反饋比較器、前饋比較器、反饋控制器、前饋控制器、濁度儀、投藥泵、原水濁度檢測(cè)儀和原水流量監(jiān)測(cè)儀組成，濁度儀的輸出端連接第一比較器的負(fù)相輸入端，第一比較器的輸出端連接反饋控制器的輸入端，反饋控制器的輸出端連接前饋比較器的一個(gè)正相輸入端，前饋控制器的兩個(gè)輸入端分別連接原水濁度檢測(cè)儀的輸出端和原水流量監(jiān)測(cè)儀的輸出端從而采集原水的濁度和流量信息，前饋控制器的輸出端連接前饋比較器的另一個(gè)正相輸入端，前饋比較器的輸出端連接投藥泵的受控端。
文檔編號(hào)B01D21/01GK101164651SQ200710072658
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月15日
發(fā)明者王軍棟, 赫俊國, 齊維貴 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)