专利名称：一种水处理混凝沉淀投药控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水处理混凝沉淀投药的控制系统。
技术背景在以地表水为城市供水水源的饮用水净化处理工艺中，混合、絮凝及沉淀 工艺是不可缺少的重要环节，除浊、澄清仍是水处理工艺的主要目标。由于水 处理系统自身具有很大的滞后性，而且混凝过程是一个复杂的物理化学反应过 程，有着不同于一般工业过程控制的独特之处，使得目前水厂广泛采用的固定 程序化自动控制系统，很难在水厂运行过程中实现混凝剂投加量优化控制。目 前，国内水厂的混凝投药自动控制系统普遍采用前馈控制或单因子闭环控制两 种方式。前馈控制主要依赖于原水参数与投药量之间的数学模型，由于混凝是 一个复杂的物理化学反应过程，具有时滞长、惯性大的特点，该种控制方式很 难对出水浊度的变化做出快速的响应。单因子闭环控制基于流动电流仪等仪器 对出水浊度的间接反映，能够快速反映出水浊度的变化，但是这些仪器对各种 水质参数存在交叉因子，抗干扰能力差，水质和工艺条件要求高，调校麻烦， 维护困难，限制了该项技术的推广和应用。发明内容本发明的目的是提供一种水处理混凝沉淀投药控制系统，以克服前馈控制 很难对出水浊度的变化做出快速响应的缺陷以及单因子闭环控制抗干扰能力差的缺陷。它由反馈比较器l、前馈比较器2、反馈控制器3、前馈控制器4、浊 度仪5、投药泵6、原水浊度检测仪7和原水流量监测仪8组成，浊度仪5的输 出端连接第一比较器1的负相输入端从而把混凝沉淀后出水的浊度输入到反馈 比较器1去与出水浊度设定值相减，第一比较器1的输出端连接反馈控制器3 的输入端，反馈控制器3的输出端连接前馈比较器2的一个正相输入端，前馈 控制器4的两个输入端分别连接原水浊度检测仪7的输出端和原水流量监测仪8 的输出端从而采集原水的浊度和流量信息，前馈控制器4的输出端连接前馈比 较器2的另一个正相输入端，前馈比较器2的输出端连接投药泵6的受控端。
本发明采用前馈和反馈共同组成的复合控制方案。其中以前馈投药控制为 主，反馈校正调整投药控制为辅。前馈投药控制是根据原水的流量和浊度参数来调节药量，以保证出水水质。反馈校正投药控制是经过对出水水质检测；若 与设定值有偏差，则通过反馈校正投药量，使水质满足要求。因此本发明既克 服了单一前馈控制很难对出水浊度的变化做出快速的响应的缺陷，也克服了单 因子闭环控制抗干扰能力差的缺陷。
图i是本发明的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式由反馈 比较器l、前馈比较器2、反馈控制器3、前馈控制器4、浊度仪5、投药泵6、 原水浊度检测仪7和原水流量监测仪8组成，浊度仪5的输出端连接第一比较 器1的负相输入端从而把混凝沉淀后出水的浊度输入到反馈比较器1去与出水 浊度设定值相减，第一比较器1的输出端连接反馈控制器3的输入端，反馈控 制器3的输出端连接前馈比较器2的一个正相输入端，前馈控制器4的两个输 入端分别连接原水浊度检测仪7的输出端和原水流量监测仪8的输出端从而采 集原水的浊度和流量信息，前馈控制器4的输出端连接前馈比较器2的另一个 正相输入端，前馈比较器2的输出端连接投药泵6的受控端。
具体实施方式
二本实施方式与实施方式一的不同点在于反馈控制器3 根据出水浊度设定值与浊度仪5检测到出水的浊度之间的差值，采用动态矩阵 控制算法(DMC算法)来预测投药量并输出控制值。在水处理混凝投药过程中，被控量选为出水的浊度，控制量选为投药泵6 的工作频率。由于被控对象(混凝投药过程)具有大时滞、大惯性的特点，适 于采用DMC算法进行控制。在现场提取阶跃响应参数作为预测模型。该模型 输出由两部分组成第一部分为待求的位置控制增量，第二部分为过去控制量 生产的系统已知输出初值。然后，用实际输出与预测模型之差来校正系统的预 测输出，并推导出二次型性能指标下的最优控制律。接下来选择适当的预测时 域长度、控制时域长度、误差加权矩阵、控制量加权矩阵构成滚动优化控制。具体做法是这样的 (1)水厂投药过程建模 混凝投药过程是非常复杂的物理、化学反应过程，难以建立精确的数学模 型，本项目根据现场测得的阶跃响应数据，结合最小二乘法对混凝投药过程进行模型辨识。辨识得出预测模型为有滞后环节的过阻尼二阶对象；有滞后环节 的过阻尼二阶对象传递函数一般表达式为<formula>formula see original document page 5</formula>根据水厂归一化采样数据，利用最小二乘辨识法辨识系统参数得到某一水厂的 如式(3-2)所示的传递函数<formula>formula see original document page 5</formula>(2) 投药过程复合控制自动投药方案采用前馈和反馈组成的复合控制方案。前馈投药控制是根据 原水的流量、浊度参数，根据专家经验按一定的配比调节药量，以保证出水水 质。反馈校正调药是经过对出水水质检测，若与设定值有偏差，要通过反馈校 正投药量，使水质满足要求。其中，反馈校正采用预测控制方式。(3) 投药闭环DMC预测控制 用过去施加于系统的控制量表示初值的预测模型输出为 '<formula>formula see original document page 5</formula> 用实际输出与预测模型输出之差对系统预测输出进行校正，用来弥补模型的 失配及干扰等影响，如式(3-4)所示。<formula>formula see original document page 5</formula>式中!H"i)a预测输出控制量， 雖+1) = ["(A +1 / + 2A),.,萍+尸)/ ;时刻预测模型输出误差，= ; A—误差修正系数矩阵，/^^,/n,…,&f。 取跟踪和控制加权的二次型性能指标为j=[歸+1) -雖+i)f' g[雖+1)-雖+1)] (3-5) 式中e为误差加权矩阵，A为控制加权矩阵。由&//5^^/(*) = 0，化简后得△ f/(A:)=(匈j + A/)—1匈[雖+1)—苗(A -1)—峰)] (3-6)将上式展开，即可求出从;t到;t+M-i时刻的顺序开环控制增量，艮卩+ — 1) = c// [K(yt +1) — A)"(/t — 1) — 一)] (3-7) 式巾f为+ A/)-1 J7 G的第! 行。在投入运行的第一步检测对象的实际输出，并把它设定为预测初值 "(A;+〃A:)，z' = l,2,..,7v。从第二步起即转入实时控制模块，首先检测实际输出并计算误差，接着 进行误差校正，用来弥补模型的失配及干扰等影响，然后通过移位来设置该时 刻的初值，之后计算控制增量和控制量用于输出，最后计算下一时刻的输出预 测值，并返回第二步初始段反复执行，实现误差校正和滚动优化。
具体实施方式
三本实施方式与实施方式一的不同点在于反馈比较器l、前馈比较器2、反馈控制器3、前馈控制器4、浊度仪5、投药泵6、原水浊度检测 仪7和原水流量监测仪8通过LonWorks总线组成网络。由于水厂制水工艺的有序连 接以及相关设备的地位分散性，应用LonWorks网络通过各智能节点把工艺进行连 接协调，并在监控中心的管理下，进行可靠的运行。由于LonWorks技术中心提供 的Lon产品可将Lon网与广域网相连，能实现远程对水厂进行监控和管理。
权利要求
1、一种水处理混凝沉淀投药控制系统，其特征在于它由反馈比较器(1)、前馈比较器(2)、反馈控制器(3)、前馈控制器(4)、浊度仪(5)、投药泵(6)、原水浊度检测仪(7)和原水流量监测仪(8)组成，浊度仪(5)的输出端连接第一比较器(1)的负相输入端从而把混凝沉淀后出水的浊度输入到反馈比较器(1)去与出水浊度设定值相减，第一比较器(1)的输出端连接反馈控制器(3)的输入端，反馈控制器(3)的输出端连接前馈比较器(2)的一个正相输入端，前馈控制器(4)的两个输入端分别连接原水浊度检测仪(7)的输出端和原水流量监测仪(8)的输出端从而采集原水的浊度和流量信息，前馈控制器(4)的输出端连接前馈比较器(2)的另一个正相输入端，前馈比较器(2)的输出端连接投药泵(6)的受控端。
2、 根据权利要求1所述的一种水处理混凝沉淀投药控制系统，其特征在于 反馈控制器(3)根据出水浊度设定值与浊度仪(5)检测到出水的浊度之间的差值， 采用动态矩阵控制算法来预测投药量并输出控制值。
3、 根据权利要求1所述的一种水处理混凝沉淀投药控制系统，其特征在于 反馈比较器(l)、前馈比较器(2)、反馈控制器(3)、'前馈控制器(4)、浊度仪(5)、 投药泵(6)、原水浊度检测仪(7)和原水流量监测仪(8)通过LonWorks总线组成网 络。
全文摘要
一种水处理混凝沉淀投药控制系统，本发明涉及水处理混凝沉淀投药的控制系统。它克服了前馈控制很难对出水浊度的变化做出快速响应的缺陷以及单因子闭环控制抗干扰能力差的缺陷。它由反馈比较器、前馈比较器、反馈控制器、前馈控制器、浊度仪、投药泵、原水浊度检测仪和原水流量监测仪组成，浊度仪的输出端连接第一比较器的负相输入端，第一比较器的输出端连接反馈控制器的输入端，反馈控制器的输出端连接前馈比较器的一个正相输入端，前馈控制器的两个输入端分别连接原水浊度检测仪的输出端和原水流量监测仪的输出端从而采集原水的浊度和流量信息，前馈控制器的输出端连接前馈比较器的另一个正相输入端，前馈比较器的输出端连接投药泵的受控端。
文档编号B01D21/01GK101164651SQ200710072658
公开日2008年4月23日 申请日期2007年8月15日 优先权日2007年8月15日
发明者王军栋, 赫俊国, 齐维贵 申请人:哈尔滨工业大学