[发明专利]一种净水厂智能混凝投药方法及装置

权利要求书

1.一种净水厂智能混凝投药方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、实时数据采集：其中通过流量计、PH计、温度计、进水浊度计和出水浊度计分别对水的流量、PH、温度、进水浊度和出水浊度数据进行实时采集，数据采集周期为1s，所述数据传输至控制终端PLC的周期为5min；

S2、历史数据采集：根据历史监测数据预测进水，提取历史监测数据，根据用户定义历史数据范围和投药沉淀效果滞后时间，生成随机森林集成算法训练模型，最终得出符合要求的各项参数；

S3、通过将实时数据采集信息与历史数据采集信息进行整合，建立智能投药模型；

S4、根据S3中智能投药模型的建立预测出水浊度，及计算最佳投药量并且下放模型监测出水浊度；

S5、将S4中预测出水浊度数据与监测出水浊度数据进行对比，若数据差异小且出水浊度达标，使该系统的智能投药模式运行，若数据差异大或出水浊度不达标，则通过人工投药的方式调整出水浊度，用户定义出水浊度范围，投药量增减迭代；

S6、将S5中人工投药量数据输入智能投药模型中，用于模型训练，通过模型计算后的数值来确定投药的量是否满足最终指标，若满足指标则最终确定最佳投药量，根据智能投药模型再次回归验证并且将预测出水浊度数据与监测出水浊度数据进行对比，即完成投药模式运行。

2.根据权利要求1所述的一种净水厂智能混凝投药方法，其特征在于，所述智能投药模型的建立包括：

a、根据现有水厂PAC投加策略，以时间间隔1天，步长5％递减的策略进行工艺调优，沉后水浊度暂以滞后时间3和5.5小时为标准，当沉后水浊度到达保护阈值，即切换到原有人工经验策略；

b、数据预处理：缺失数据弥补；异常值剔除与弥补；不同设备采集数据的频率统一；

c、数据标准化处理：将步骤b中数值量级差异极大的各因素值都变换到[0,1]区间；

d、进行数据拆分，将历史数据拆分为训练集和测试集，拆分的数值量比例控制在8：2或7：3；

e、模型构建：利用神经网络、SVM以及随机森林集成回归算法，基于训练集数据进行模型构建；

f、模型测试：利用测试集数据，利用上述随机森林集成回归算法进行预算和验证；

g、根据PAC投加量预测；

h、进行模型下发，基于步骤g中所产生的数据，把进厂水浊度、流量、pH和温度作为自变量，沉后水浊度作为因变量，进行拟合，得到模型函数并下放。

3.根据权利要求1所述的一种净水厂智能混凝投药方法，其特征在于，所述根据PAC投加量预测包括：

①、根据实时监测的进厂水浊度、流量、pH和温度，并利用历史数据，通过曼哈顿距离找到对应的PAC投加量；

②、根据此对应的PAC投加量，按照一定步长递减，递减值为0.05并且作为参数，与进厂水浊度、流量、pH和温度一起作为输入值，利用步骤e所构建的模型，得出预测的沉后水浊度，在沉后水浊度满足条件的条件下，PAC投加量最小值即为所得。

4.根据权利要求1所述的一种净水厂智能混凝投药方法，其特征在于：所述流量计测速范围为0.1m/s～20m/s，测速精度为±0.01m/s，测距范围为30m或70m，测距精度为±2mm，瞬时流量精度为5％，所述PH计测量范围为0-14pH，计量精度为±0.1pH。

5.根据权利要求1所述的一种净水厂智能混凝投药方法，其特征在于：所述水厂通过计量泵进行投药，所述计量泵Q＝400L/h，背压16bar，计量重复精度在10～100％的冲程长度范围内为±1％。

6.根据权利要求2所述的一种净水厂智能混凝投药方法，其特征在于：所述智能投药模型的建立a中，所述沉后水浊度的保护阈值为2NTU，所述PAC投加频率为5min。

7.根据权利要求2所述的一种净水厂智能混凝投药方法，其特征在于：所述智能投药模型的建立e中，将进厂水浊度、流量、pH、温度以及PAC投加量为自变量，沉后水浊度作为因变量。

8.一种净水厂智能混凝投药装置，其特征在于，所述装置包括：

采集单元，用于对水的流量、PH、温度、进水浊度和出水浊度数据进行实时采集；

建模单元，用于根据水处理理论和对混凝剂投加后化学反应过程的分析，得出影响混凝剂投加量和混凝效果的影响因素，因素包括浊度、pH值、温度和流量，判断沉后水是否符合标准，通过相应的算法，最终得出在满足沉后水浊度的前提下，进厂水浊度、流量、pH以及温度与PAC投加量的对应关系，建模单元将模型输出的函数公式展示在界面、控制模型是否启用或停止、设定下发频率及实时下发指令到终端节点；

预测单元，用于预测出水浊度，及计算最佳投药量并且下放模型监测出水浊度，用户定义出水浊度范围，通过预测单元计算后的数值来确定投药的量是否满足最终指标；

智能投药单元，用于将出水浊度数据与监测出水浊度数据进行对比，若数据差异小且出水浊度达标，使该系统的智能投药模式运行，若数据差异大或出水浊度不达标，则通过人工投药的方式调整出水浊度，并且根据调整PAC投加量来再次计算，达到智能投药的目的。