[发明专利]水处理药剂投加模糊智能控制系统

说明书

技术领域

本发明属于一种水处理领域，特别是一种水处理药剂投加模糊智能控制系统。

背景技术

随着人们对自来水水质要求的提高，对自来水厂的净化处理工艺提出了更高的要求，加药的效果对于出厂水的水质有决定性的影响，因此加药过程的自动控制是非常重要的。它不但能保证自来水的水质，而且可降低药耗，减少能耗，从而节约成本。

在国外，尤其是西方发达国家，环境保护较好，水源状况好，水质变化小，因此实现混凝加药控制自动相对较易，一些地方简单的比值控制就能达到较好的效果。现在一般采用基于流动电流的加药自动控制系统。

在我国，由于我国各地间原水水质普遍较差，且普遍受到较严重的污染，水质因污染变化较大，使得对水质的精确检测和投药量的控制变得较难。九十年代前后各间水厂陆续采用了多种加药控制系统。目前，全国采用过的加药自动控制方法有数学模型法、模拟法、流动电流法、透光脉动法、FCD图像识别法等。

流动电流检测仪是利用水厂原有的流动电流检测系统和在线原水电导率检测仪，研究电导率与流动电流之间的相关关系，从而使流动电流参数能用来作模糊专家控制数据的快速完善的反馈参数。由于我国各地间原水水质普遍较差，且普遍受到较严重的污染，水质因污染变化较大，因此对流动电流检测仪的电极污染影响较大，造成难以准确检测流动电流，无法作出正确反应。

矾花监控系统(FCD图像识别法)，通过图像采集和效果分析，充分与专家讨论研究后建立一个矾花图象标准库系列，研究和开发一套图像分析软件，对实时的矾花图像进行分析处理，得出一个判断混凝效果好坏的综合指标，提供给PLC系统作为模糊专家控制系统的一个反馈信号，改善其反馈系统和反馈时间。达到能对水质变化起到快速反应，迅速达到最优化点，从而节约原材料，确保水质安全。另一方面可提供给值班人员有个直观的判断，在远程手动控制时能方便的调控投药系统，保证安全供水。但由于水下摄像受流速、浊度、镜头等因素影响，实际应用效果并不理想。

考虑到净水加工的可靠性以及降低电耗、药耗等问题，采用自动控制系统已成为水厂提高管理水平的有效手段。混凝剂投加是净水工艺的重要环节，传统的生产实践中采用人工投加方式，随着水量、水质、气候等因素的变化，投加的合理性、准确性无法保证，直接影响了水厂供水的安全、优质和低耗。

长期以来，人们在从事工业过程控制中的理论研究和实践应用中发现，实际控制对象存在着下列问题用传统的PID控制办法难以有效解决，这些问题是：

(1)在被控制对象的时滞性、非线性、高阶次和时变性特征表现较为突出的情况下，系统的控制品质难以提高。

(2)在不同幅度的控制激励作用下，被控制系统对控制激励的响应特征不同，并且随工况的变化而变化；加上系统的非线性影响，就使得控制过程变得更为复杂了。

(3)由于被控对象的工作是处在各种复杂的、明确的或不明确的物理场、化学场的作用下，因而被控制对象的扰动因素复杂，且扰动原因不明。

(4)特别对于一些被控对象的过程机理、扰动机理、耦合机理关系不完全明确，对一些过程的提取精度不够高或者噪声污染严重、不够清晰时，控制系统的可靠性会显著下降。

而水处理行业的药剂投加(加矾)控制过程，就表现出随机、模糊、大滞后、非线性、强耦合的特性、检测条件较为粗糙、很难找到精确的数量关系，难以建立精确的数学模型。因此，一直以来，如何有效控制药剂的投加，在提高水质的同时，准确投加药剂，节约投资，一直是困扰水处理行业的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定最佳操作增量的水处理药剂投加模糊智能控制系统，以克服上述的不足。

为了实现上述目的，本发明所采用的方法是：首先根据被控对象目前的状态和操作量，在线建立被控对象的预测模型，以此模型对维持当前操作量的控制结果进行预报，在控制目标评价中，再依据被控对象的当前状态和预报结果，对系统的控制效果进行评价并产生调整模糊控制权重的结果，模糊控制即可依此确定最佳操作增量。

本发明由中央处理单元(MCU)，人机交互系统和信号系统构成，其特点是：中央处理单元是整个系统的核心，完成模糊智能控制算法的运行，数据存储和发出控制信号；人机交互系统是人机交互的界面，主要功能是完成控制参数的设置和修改，参数的显示；信号系统是控制系统与外界交换数据的接口，读如所需要的外部信号数据，将控制信号送到执行机构。

本发明在解决水处理药剂投加控制过程中的非线性、时变性、大滞后、强耦合、变结构、约束条件苛刻等复杂控制问题中采用预测模糊控制算法具有重要的意义在于：