[发明专利]水厂智能混凝投药控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种供水行业自动加药领域，尤其涉及一种水厂智能混凝投药控制系统及其控制方法。

背景技术

自来水厂混凝投药工艺过程中，如何根据原水条件(水质、水量)的变化和沉后水浊度的要求合理地确定混凝剂的投加量，实现最优控制，即在保证沉后水水质的前提下使混凝剂的消耗最小，降低制水成本，一直是混凝工艺控制的关键性问题。为此，已有多种方法用于混凝投药自动控制，如烧杯试验法、流量比例投加法、数学模型法、模型滤池法、单因子控制方法等。

其中，烧杯试验法具有方便、灵活简单、设备投入少的特点，因而目前在我国的一些水厂(尤其是一些小型水厂)中被广泛采用。这种方法的试验结果只对取样瞬间水质有代表性，确定的混凝剂量存在不连续性和滞后性问题。因此，适宜作为评价混凝剂投量的辅助手段，而不适宜用于混凝投药的在线实时控制。

流量比例投加法：操作人员根据经验设定单位水体混凝剂的投放量，在原水流量发生变化时，同比例调节投药量，保持单位水体内投药量的恒定。考虑到原水流量发生变化时，混凝剂的混凝效果将发生改变，这使得水处理的混凝过程呈现于水流量密切相关的非线性特征。由于该方法没有考虑混凝过程与原水流量相关的非线性因素，因此在流量发生变化时，出水浊度会出现较大的波动，影响出水水质。

数学模型法是以若干原水水质参数(如浊度、PH、水温、碱度等)及水量参数为变量，建立其与投药量之间的相关函数，即数学模型。这种在生产或试验数据基础上以统计分析方法建立起来的模型在实际运行过程中缺乏自学习性、自适应性、对水质的变化适应性差。我国幅员辽阔，各地水质变化大，水源污染日益严重，使这一方法目前只在国内很少几家水厂成功应用。

模型滤池法可对混凝剂投加量进行在线连续控制。原理是将水处理系统中加药混合后的原水，引出一部分进入小模型滤池，根据该滤池出水浊度的情况来评价混凝剂投加量是否适宜，由控制系统对投药量自动调节。该方法的模拟性能也是取决于原型(生产系统)与模型(模拟滤池)的相似性。模拟滤池法关于相似性的解释忽略了实际生产系统中反应池、沉淀池的作用，仅考虑滤池同药耗的关系。另外，原水加药后直至经过模拟滤池而得到结果，一般需要10～15min，在原水水质变化较快的情况下该滞后时间对控制的可靠性有一定的影响。

单因子控制方法具有简单、可靠、灵活的特点，是目前国内外广泛采用的先进混凝控制方法。这种方法是基于流动电流或透光率脉动检测技术的，其设定值的大小决定了混凝效果。应用实践表明，在整个工艺过程中，如何在各种变化的水质条件下，确定出混凝剂投加量，一直是很难圆满解决的问题。虽然引入串级控制方式可在一定范围内自动调整设定值，但当水质变化超过一定范围时，仍然需要有经验的操作人员依据经验人工修正设定值。

此外，还有一些采用各种技术的尝试。如长沙市水厂在1978年试用了按电导率差值控制投药的技术。在80年代后期，由于混凝控制技术没能取得突破，一些引进技术设备、具有较高自动化程度的水厂，在混凝环节仍采用了按流量比例控制等简易的控制技术，不能随水质变化对投药量进行自动调节，成为水厂控制技术的“瓶颈”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水厂智能混凝投药控制系统及其控制方法，该控制方法融合了图像分析技术、智能模型分析方法及先进控制技术，以实现混凝投药的智能优化控制。

为实现上述目的，所述水厂智能混凝投药控制系统，包括反馈控制器，原水的水质参数为原始信号，沉后水浊度为第一输入信号，所述反馈控制器的输入和输出分别为第一输入信号与水浊度设定值的差值、以及第二输出信号；其特点是：所述投药控制系统还包括，前馈单元，所述前馈单元包括彼此顺次连接的水质评价器和前馈控制器，所述水质评价器的输入和输出分别为原始信号和第三输出信号，所述前馈控制器的输入包括原始信号和第三输出信号，前馈控制器的输出为第一输出信号；图像采集处理单元，所述图像采集处理单元包括彼此顺次连接的絮凝体图像采集器和图像处理单元，所述絮凝体图像采集器的输入和输出分别为加药后混合的水和采集到的絮凝体图像，所述图像处理单元的输出为絮凝体的平均等效直径；以及，决策执行单元，所述决策执行单元包括顺次相连的加药量修正器和加药泵电机，所述加药量修正器的输入包括第一输出信号、第二输出信号和絮凝体的平均等效直径，加药量修正器的输出为加药泵电机的旋转频率。

优选的是，所述反馈控制器为PID反馈控制器。