導(dǎo)語(yǔ)：水廠混凝劑投加智能控制系統(tǒng)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文提出一種“前饋+模型+反饋”的多參數(shù)智能控制模式，根據(jù)水質(zhì)、水量變化自動(dòng)計(jì)算加藥量，使水質(zhì)更穩(wěn)定，藥耗更經(jīng)濟(jì)，人工強(qiáng)度更低。

關(guān)鍵詞：智能加藥；前饋；后饋；模型；高級(jí)控制

歷年來(lái)，水務(wù)行業(yè)凈水廠存在加藥系統(tǒng)控制、排泥系統(tǒng)控制、濾池反沖控制等三大控制難點(diǎn)，現(xiàn)階段并沒(méi)有非常成熟的控制處理手段，其中加藥系統(tǒng)的控制是生產(chǎn)運(yùn)行的痛點(diǎn)。一是水廠加藥（混凝劑投加）是制水工藝中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，控制好壞直接影響到出水水質(zhì)，而出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)是水廠生產(chǎn)運(yùn)行控制的紅線。二是影響因素多、控制困難，源水流量、濁度、溫度、PH的變化都會(huì)決定加藥量的變化。三是反饋滯后，以一個(gè)10萬(wàn)噸的平流沉淀池為例經(jīng)實(shí)測(cè)加藥量變化需經(jīng)2小時(shí)后才能監(jiān)測(cè)到明顯的水質(zhì)變化。

1現(xiàn)狀分析

目前，我國(guó)各市政自來(lái)水凈水廠普遍采用絮凝沉淀凈水工藝，即源水加絮凝劑后使其充分混凝，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后使混凝物在預(yù)沉沉淀池沉淀，以此去除水中顆粒、懸浮物和膠體物質(zhì)，絮凝劑一般采用聚合氯化鋁（PAC）。國(guó)內(nèi)凈水廠混凝劑投加通常采用定值比例投加方式，即高級(jí)技工根據(jù)源水流量和濁度決定按比例投加一定量并且多數(shù)較為富余的混凝劑，當(dāng)水量和濁度無(wú)明顯變化時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間以此投加量來(lái)加藥，當(dāng)流量或者濁度發(fā)生變化時(shí)，又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)重新判斷一個(gè)投加量。以上投加方式取決于有一套完善的計(jì)量投加設(shè)備，能夠較為精確的控制投加量，并且控制系統(tǒng)根據(jù)PAC的配比濃度，主要結(jié)合源水流量和一定區(qū)間濁度，能夠給出一個(gè)基本的投加建議值，高級(jí)技工根據(jù)建議值并結(jié)合實(shí)際的流量、濁度、溫度等參數(shù)，適當(dāng)修正判斷，輸入最終的投加值。

2存在問(wèn)題

盡管以上投加方式已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化，并且依賴精確投加設(shè)備有一定的投加可靠性，但仍然存在一些問(wèn)題。（1）水質(zhì)穩(wěn)定性差，依賴人工經(jīng)驗(yàn)投加，控制及時(shí)性差，連續(xù)性不強(qiáng)，而源水參數(shù)（流量、濁度、溫度、PH）是實(shí)時(shí)的連續(xù)變化的，投加量應(yīng)該是一個(gè)實(shí)時(shí)跟隨變化的值，特別是暴雨等導(dǎo)致水質(zhì)突變時(shí)，往往人工反應(yīng)比較滯后，有水質(zhì)安全隱患。（2）投加精確性差，凈水廠以水質(zhì)達(dá)標(biāo)為最根本的考核點(diǎn)，往往生產(chǎn)人員會(huì)在一個(gè)適配投加值基礎(chǔ)上上浮一定比列盲投，充分保證水質(zhì)安全，但同時(shí)也增加了藥耗成本。（3）人工強(qiáng)度大，人工投加的條件就是實(shí)時(shí)觀察源水水質(zhì)水量的變化，并及時(shí)做出調(diào)整，修正投加值，這對(duì)運(yùn)行人員要求極高。

3解決方案

鑒于以上問(wèn)題并結(jié)合我們已經(jīng)獲得的寶貴運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)提出一種結(jié)合多參數(shù)自動(dòng)控制的水廠混凝劑投加系統(tǒng)解決方案。針對(duì)自來(lái)水處理過(guò)程中混凝劑投加量依靠經(jīng)驗(yàn)判斷、投加過(guò)程依賴人工干預(yù)、投加精確性差等特點(diǎn)，混凝劑投加控制系統(tǒng)采用“前饋+模型+反饋”的多參數(shù)控制模式，綜合考慮進(jìn)出水水量、濁度、混凝劑投加種類及濃度、混凝劑投加點(diǎn)攪拌強(qiáng)度、溫度、pH等影響因素，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立精確的加藥量計(jì)算數(shù)學(xué)模型，將在線儀表數(shù)據(jù)作為模型的輸入?yún)?shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算混凝劑投加量，引入模型預(yù)測(cè)控制（ModelPredictiveControl）策略，控制加藥泵（組）的啟/停、運(yùn)行負(fù)荷的變化，實(shí)現(xiàn)“按需供藥”。當(dāng)有多個(gè)投加點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)控制加藥管路的支管閥門開度，實(shí)現(xiàn)不同加藥點(diǎn)投加量的合理分配。預(yù)計(jì)混凝劑投加控制系統(tǒng)可以為自來(lái)水廠混凝劑投加環(huán)節(jié)帶來(lái)以下效益：（1）實(shí)現(xiàn)混凝劑加藥過(guò)程的精細(xì)化控制，減少人工操作強(qiáng)度；（2）實(shí)現(xiàn)混凝劑加藥量的精細(xì)化控制，穩(wěn)定出水濁度；（3）預(yù)計(jì)可節(jié)省5%～15%的混凝劑藥劑投加量?；炷齽┩都涌刂葡到y(tǒng)原理：混凝劑投加控制系統(tǒng)采用“前饋+模型+反饋”的多參數(shù)控制模式，控制原理如圖1所示?；炷齽┩都涌刂葡到y(tǒng)綜合考慮進(jìn)出水水量、濁度、混凝劑投加種類及濃度、混凝劑投加點(diǎn)攪拌強(qiáng)度、溫度、pH等影響因素，采用“前饋+模型+反饋”的多參數(shù)控制模式，通過(guò)建立精準(zhǔn)的藥劑投加量數(shù)學(xué)模型，根據(jù)藥劑濃度以及稀釋比例，實(shí)時(shí)計(jì)算出某一特性濃度的混凝劑投加量，并將需藥量信號(hào)發(fā)送至加藥泵主控柜MCP，一方面，控制清水泵（組）對(duì)藥劑進(jìn)行稀釋，滿足混凝劑投加濃度要求；另一方面，調(diào)控藥劑投加泵（組）的運(yùn)行負(fù)荷，調(diào)節(jié)總加藥量，實(shí)現(xiàn)按需供藥。同時(shí)，通過(guò)加藥管路上閥門開度的調(diào)控，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同加藥點(diǎn)藥劑投加量的合理分配，從而實(shí)現(xiàn)藥劑投加的精細(xì)化控制。為了降低混凝沉淀的非線性、大時(shí)滯對(duì)混凝劑投加控制系統(tǒng)控制性能的影響，引入了模型預(yù)測(cè)控制（ModelPredictiveControl，MPC）對(duì)混凝劑投加進(jìn)行控制，提升了控制性能，實(shí)現(xiàn)混凝劑投加的精細(xì)化控制。

3.1數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊

自來(lái)水廠的設(shè)備、在線儀表經(jīng)常處于嚴(yán)峻的工況環(huán)境下，信號(hào)傳輸過(guò)程中受到各種干擾，造成信號(hào)傳輸不準(zhǔn)確，嚴(yán)重者甚至造成在線信號(hào)無(wú)法使用，這樣的信號(hào)將無(wú)法被直接采用?；炷齽┩都涌刂葡到y(tǒng)中，特別設(shè)計(jì)了常見在線儀表的數(shù)據(jù)處理策略，將利用數(shù)據(jù)清洗把“臟數(shù)據(jù)、壞數(shù)據(jù)”清理掉，給我們提供可利用且高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

3.2加藥量在線計(jì)算模塊

混凝劑投加去除濁度的過(guò)程涉及到物理、化學(xué)、流體力學(xué)等多種過(guò)程共同作用，受到進(jìn)水水量、濁度、混凝劑投加種類及濃度、混凝劑投加點(diǎn)攪拌強(qiáng)度、溫度、pH等多種因素的影響，因此混凝劑投加量的計(jì)算需要綜合考慮多種因素，建立基于機(jī)理的加藥量“白盒”模型帶來(lái)的技術(shù)難度大，即使將某幾個(gè)因素考慮在內(nèi)建立的半機(jī)理模型，也存在計(jì)算精度低、準(zhǔn)確性差等缺點(diǎn)，并且機(jī)理模型參數(shù)的測(cè)量、校正都存在不確定性。為了克服基于反應(yīng)機(jī)理建建立“白盒”的缺點(diǎn)及技術(shù)難度，建議采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方式，建立綜合多種參數(shù)影響下計(jì)算加藥量的“黑盒模型”。如圖2所示。

3.3藥劑投加泵（組）控制模塊

控制原理：系統(tǒng)根據(jù)藥劑濃度以及稀釋比例，實(shí)時(shí)計(jì)算出某一特性濃度的混凝劑投加量，將計(jì)算得到的需藥量信號(hào)發(fā)送至加藥泵主控柜MCP，利用加藥泵控制模塊調(diào)控藥劑投加泵（組）的運(yùn)行負(fù)荷，調(diào)節(jié)加藥量。加藥泵組控制策略：以加藥量計(jì)算模型為核心，綜合考慮長(zhǎng)時(shí)滯性因素（水力停留時(shí)間、礬花形成時(shí)間、顆粒物沉降）和短時(shí)滯性因素（溫度、加藥量、PH值），引入模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)，采用多步預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正等策略，實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程中實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)段（分鐘、小時(shí)）控制參數(shù)的變化趨勢(shì)，對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而提高控制系統(tǒng)的魯棒性和控制精度。

3.4數(shù)據(jù)信號(hào)要求

進(jìn)水區(qū)：進(jìn)水流量、進(jìn)水濁度、進(jìn)水溫度。加藥泵（組）：加藥泵組出口流量、加藥泵組出口壓力、加藥泵組變頻反饋混凝沉淀池沉后水濁度、液位、PH。

4預(yù)期效果

預(yù)計(jì)混凝劑投加控制系統(tǒng)可以為自來(lái)水廠混凝劑投加環(huán)節(jié)帶來(lái)以下效益：（1）實(shí)現(xiàn)混凝劑加藥過(guò)程的精細(xì)化控制，減少人工操作強(qiáng)度、避免人工操作失誤。（2）實(shí)現(xiàn)混凝劑加藥量的精細(xì)化控制，穩(wěn)定出水濁度，提高控制的精確性、及時(shí)性、穩(wěn)定性。（3）保證水質(zhì)安全的前提下，提高藥耗的經(jīng)濟(jì)性。

5結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代，水務(wù)行業(yè)在發(fā)展的同時(shí)也在反思中改進(jìn)，緊緊跟隨著時(shí)代的潮流，越老越重視數(shù)據(jù)挖掘和信息化技術(shù)的利用，大力發(fā)展智能水廠和智慧水務(wù)，助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)。智能加藥作為構(gòu)建智能水廠關(guān)鍵和不可缺少的一環(huán)，現(xiàn)目前盡管有些瓶頸，但最終全面實(shí)現(xiàn)凈水廠智能投加只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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作者：盧友杰 單位：重慶遠(yuǎn)通電子技術(shù)開發(fā)有限公司