[发明专利]一种水处理混凝沉淀投药控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及水处理混凝沉淀投药的控制系统。

背景技术

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。

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。

附图说明

图1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。

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