CN1260142C

CN1260142C - 智能絮凝投药系统

Info

Publication number: CN1260142C
Application number: CN 200410013527
Authority: CN
Inventors: 南军
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2004-01-17
Filing date: 2004-01-17
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2024-01-17
Also published as: CN1557737A

Abstract

智能絮凝投药系统，本发明是涉及一种智能化控制的絮凝投药系统。中心控制柜(1)的(1-4)、(1-5)分别接投药泵(2)的(2-2)、投药泵(3)的(3-2)，(1)的(1-6)、(1-7)、(1-8)、(1-9)分别接流量计(4)的(4-3)、原水浊度仪(5)的(5-2)、(10)的(10-2)、清水浊度仪(7)的(7-2)，(2)的(2-2)、(3)的(3-2)通过投药管(13)接混合器(6)的(6-2)，进水管(11)的一端接(4)的(4-1)，(4)的(4-2)接(5)的(5-1)并接(6)的(6-1)，(6)的(6-3)接中间参数仪(10)的(10-1)并接反应池(8)的(8-1)，(8)的(8-2)接沉淀池(9)的(9-1)，(9)的(9-2)接(7)的(7-1)并接出水管(12)的一端。本发明具有对水质和絮凝程度快速检测的能力、能使用多种混凝剂、能自动也能手动运行、系统稳定、造价低。

Description

智能絮凝投药系统

技术领域

本发明属于一种水处理系统，具体是涉及一种智能化控制的絮凝投药系统。

背景技术

在水处理单元环节的自动控制方面，絮凝投药工艺是最关键的环节。絮凝投药工艺是一个复杂的物理化学过程，所以絮凝投药工艺是最难控制的工艺环节。絮凝剂的投加量是影响絮凝效果的决定因素，且药剂费在治水成本中占很大的比例，而及时准确地调节投药量以适应原水水质及运行条件的变化，达到以最低的药耗量取得满足要求的净化效果就成了水处理环节的重要课题。利用常规模拟实验法对水质及原水絮凝状况进行监测或控制，其不能迅速反映水质和絮凝程度，滞后时间长、工作量大、操作复杂，不适用于水处理工艺的快速在线监测和控制的要求，已经开发和广泛应用的流动电流混凝投药控制系统仅适用于电解质类常规混凝剂的投加控制，尚不能直接用于投加非电解质类高分子絮凝剂的絮凝过程检测和控制。在八十年末出现的透光率脉动检测技术，虽可以在线检测水中颗粒物质的粒径变化，但其技术不成熟，存在滞后时间长、原水浊度变化对系统设定值影响较大、工艺相似性差、系统不稳定及造价较高等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能絮凝投药系统。本发明可解决现有水处理投药系统不能迅速检测出水质和絮凝程度、滞后时间长、可使用的混凝剂种类单一、工作量大、操作复杂、系统不稳定及造价较高等缺点。它由中心控制柜1、投药泵2、投药泵3、流量计4、原水浊度仪5、混合器6、清水浊度仪7、反应池8、沉淀池9、进水管11、出水管12、投药管13组成；中心控制柜1的电源驱动端口1-4、电源驱动端口1-5分别连接投药泵2的电源输入端口2-2、投药泵3的电源输入端口3-2，中心控制柜1的数据输入端口1-6、数据输入端口1-7、数据输入端口1-9分别连接流量计4的数据输出端口4-3、原水浊度仪5的数据输出端口5-2、清水浊度仪7的数据输出端口7-2，投药泵2的出药口2-1、投药泵3的出药口3-1通过投药管13连接混合器6的进药口6-2端，进水管11的一端连接流量计4的进水口4-1，流量计4的出水口4-2连接原水浊度仪5的检测端口5-1端并连接混合器6的进水口6-1端，混合器6的出水口6-3端连接反应池8的进水口8-1端，反应池8的出水端8-2连接沉淀池9的进水端9-1，沉淀池9的出水口9-2端连接清水浊度仪7的检测端口7-1端并连接出水管12的一端；所述中心控制柜1由变频调速器1-1、人机界面1-2、可编程控制器1-3组成；变频调速器1-1的电源驱动端1-1-1、电源驱动端1-1-2分别连接中心控制柜1的电源驱动端1-4、电源驱动端1-5，可编程控制器1-3的数据脚1-3-1、数据脚1-3-2、数据脚1-3-4分别连接中心控制柜1的数据输入端1-6、数据输入端1-7、数据输入端1-9，人机界面1-2的数据通信端口1-2-1端连接可编程控制器1-3的数据通信端口1-3-5端，可编程控制器1-3的数据端口1-3-6端连接变频调速器1-1的数据端口1-1-3端；所述可编程控制器1-3由偏差变化率计算模块14、模糊化模块15、性能测量模块16、控制量校正模块17、控制规则修正模块18、模糊控制规则模块19、模糊逻辑决策模块20、解模糊化模块21、判断模块22、积分控制模块23、减法器25、乘法器26组成；模糊控制规则模块19内部的初始控制规则是根据人工手动投药的历史数据，形成的模糊化的原水流量检测值、原水浊度检测值、浊度偏差和絮凝剂投加量之间的关系数据库；端口1-3-5连接减法器25的正输入端，端口1-3-4连接减法器25的负输入端，减法器25的输出端连接偏差变化率计算模块14的输入端、模糊化模块15的输入端151、判断模块22的输入端221，偏差变化率计算模块14的输出端连接判断模块22的输入端222、模糊化模块15的输入端152，端口1-3-2连接模糊化模块15的输入端153，端口1-3-1连接模糊化模块15的输入端154，模糊化模块15的输出端155连接性能测量模块16的输入端161、控制规则修正模块18的输入端181，模糊化模块15的输出端156连接性能测量模块16的输入端162、模糊控制规则模块19的输入端191，模糊化模块15的输出端157、输出端158分别连接模糊控制规则模块19的输入端192、输入端193，性能测量模块16的输出端163连接控制量校正模块17的输入端，控制量校正模块17的输出端连接控制规则修正模块18的输入端182，控制规则修正模块18的输出端183连接模糊控制规则模块19的输入端194，模糊控制规则模块19的输出端195连接模糊逻辑决策模块20的输入端，模糊逻辑决策模块20的输出端连接解模糊化模块21的输入端211，判断模块22的输出端223连接积分控制模块23的输入端，积分控制模块23的输出端连接乘法器26的输入端261，解模糊化模块21的输出端212连接乘法器26的输入端262，乘法器26的输出端连接端口1-3-6端。运行时原水通过进水管11流经流量计4、原水浊度仪5时，流量计4测量出的流量数据和原水浊度仪5对原水测量出的浊度数据送到中心控制柜1中进行数据运算，中心控制柜1根据运算结果来控制投药泵2、3进行投加絮凝剂，絮凝剂在混合器6里与原水充分混合后经中间参数仪10检测后再流入反映池8、沉淀池9中，沉淀池9中的清水经清水浊度仪7的检测后流入出水管12，中间参数仪10、清水浊度仪7的检测数据送到中心控制柜1中分别参与絮凝剂投加量及中间参数设定值的修正运算，以得到采用最低的药耗量取得满足要求的净化效果。本发明具有对水质和絮凝程度快速检测的能力、智能化程度高、操作简单、能使用多种混凝剂、能自动也能手动运行、系统稳定、造价低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是中心控制柜1的结构示意图，图3是可编程控制器1-3的结构示意图，图4是具体实施方式二的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3说明本实施方式，本具体实施方式由中心控制柜1、投药泵2、投药泵3、流量计4、原水浊度仪5、混合器6、清水浊度仪7、反应池8、沉淀池9、进水管11、出水管12、投药管13组成；中心控制柜1的电源驱动端口1-4、电源驱动端口1-5分别连接投药泵2的电源输入端口2-2、投药泵3的电源输入端口3-2，中心控制柜1的数据输入端口1-6、数据输入端口1-7、数据输入端口1-9分别连接流量计4的数据输出端口4-3、原水浊度仪5的数据输出端口5-2、清水浊度仪7的数据输出端口7-2，投药泵2的出药口2-1、投药泵3的出药口3-1通过投药管13连接混合器6的进药口6-2端，进水管11的一端连接流量计4的进水口4-1，流量计4的出水口4-2连接原水浊度仪5的检测端口5-1端并连接混合器6的进水口6-1端，混合器6的出水口6-3端连接反应池8的进水口8-1端，反应池8的出水端8-2连接沉淀池9的进水端9-1，沉淀池9的出水口9-2端连接清水浊度仪7的检测端口7-1端并连接出水管12的一端；所述中心控制柜1由变频调速器1-1、人机界面1-2、可编程控制器1-3组成；变频调速器1-1的电源驱动端1-1-1、电源驱动端1-1-2分别连接中心控制柜1的电源驱动端1-4、电源驱动端1-5，可编程控制器1-3的数据脚1-3-1、数据脚1-3-2、数据脚1-3-4分别连接中心控制柜1的数据输入端1-6、数据输入端1-7、数据输入端1-9，人机界面1-2的数据通信端口1-2-1端连接可编程控制器1-3的数据通信端口1-3-5端，可编程控制器1-3的数据端口1-3-6端连接变频调速器1-1的数据端口1-1-3端；所述可编程控制器1-3由偏差变化率计算模块14、模糊化模块15、性能测量模块16、控制量校正模块17、控制规则修正模块18、模糊控制规则模块19、模糊逻辑决策模块20、解模糊化模块21、判断模块22、积分控制模块23、减法器25、乘法器26组成；模糊控制规则模块19内部的初始控制规则是根据人工手动投药的历史数据，形成的模糊化的原水流量检测值、原水浊度检测值、浊度偏差和絮凝剂投加量之间的关系数据库；端口1-3-5连接减法器25的正输入端，端口1-3-4连接减法器25的负输入端，减法器25的输出端连接偏差变化率计算模块14的输入端、模糊化模块15的输入端151、判断模块22的输入端221，偏差变化率计算模块14的输出端连接判断模块22的输入端222、模糊化模块15的输入端152，端口1-3-2连接模糊化模块15的输入端153，端口1-3-1连接模糊化模块15的输入端154，模糊化模块15的输出端155连接性能测量模块16的输入端161、控制规则修正模块18的输入端181，模糊化模块15的输出端156连接性能测量模块16的输入端162、模糊控制规则模块19的输入端191，模糊化模块15的输出端157、输出端158分别连接模糊控制规则模块19的输入端192、输入端193，性能测量模块16的输出端163连接控制量校正模块17的输入端，控制量校正模块17的输出端连接控制规则修正模块18的输入端182，控制规则修正模块18的输出端183连接模糊控制规则模块19的输入端194，模糊控制规则模块19的输出端195连接模糊逻辑决策模块20的输入端，模糊逻辑决策模块20的输出端连接解模糊化模块21的输入端211，判断模块22的输出端223连接积分控制模块23的输入端，积分控制模块23的输出端连接乘法器26的输入端261，解模糊化模块21的输出端212连接乘法器26的输入端262，乘法器26的输出端连接端口1-3-6端。控制原理是：将人机界面1-2上设定的浊度设定值减去清水浊度仪7检测的沉淀池出水浊度值得到浊度偏差e，e通过偏差变化率计算模块14对时间求导得到偏差变化率Δe。将流量计4检测的原水流量值、原水浊度仪5检测的浊度值、浊度偏差e和偏差变化率Δe输入到模糊化模块15的输入端，经过模糊化模块15处理后，通过模糊控制规则模块19、模糊逻辑决策模块20、解模糊化模块21的处理所得到的数据与积分控制模块23输出的数据相乘成为最终的投药量控制输出信号。其中性能测量模块16、控制量校正模块17、控制规则修正模块18是根据浊度偏差e和偏差变化率Δe来对模糊控制规则模块19内部的控制规则进行修改的自学习模块。积分控制模块23采用常规积分控制算法，用浊度偏差e值作为积分量。判断模块22根据浊度偏差e和偏差变化率Δe值的大小决定积分控制模块23的输出作用是否有效。投药泵2、投药泵3选用德国SERA公司的R系列计量泵，流量计4选用FIP公司的FLS100系列流量传感器，原水浊度仪5选用美国HACH公司的SS6、SS6/HST型高浊度仪，清水浊度仪7选用美国HACH公司的1720D、1720D/L型低浊度仪，混合器6选用管道式静态混合器，反应池8选用网格反应池或隔板反应池，沉淀池9选用斜管/斜板沉淀池或平流沉淀池，变频调速器1-1选用松下电工通用型VF0系列变频器，人机界面1-2选用西门子TP070、TP170系列触摸屏或台湾威达电PPC系列平板电脑，可编程控制器1-3选用西门子S7-300、S7-200系列可编程控制器及扩展模块。

具体实施方式二：结合图1、图2、图3、图4说明本实施方式，本具体实施方式在具体实施方式一的基础上增加有中间参数仪10，在可编程控制器1-3上增加有中间参数控制器模块24、加法器27、减法器28；在模糊控制规则模块19上增加基于模糊化的原水流量检测值、原水浊度检测值、浊度偏差和中间参数设定值之间的关系数据库，其对应于解模糊化模块21的输出端213，原有关系数据库对应于解模糊化模块21的输出端212；中间参数控制器24采用常规比例积分算法，根据中间参数设定值和中间参数仪10检测值的差值进行比例积分运算，其设定值由解模糊化模块21的输出端213同积分控制模块23的输出相叠加来自动修正；中间参数仪10的检测端口10-1连接混合器6的出水口6-3端并连接反应池8的进水口8-1端，中间参数仪10的数据输出端口10-2端连接中心控制柜1的数据输入端口1-8端，中心控制柜1的数据输入端口1-8连接可编程控制器1-3的数据端口1-3-3端；积分控制模块23的输出端连接加法器27的输入端271，解模糊化模块21的输出端213连接加法器27的输入端272，加法器27的输出端273连接减法器28的正输入端，数据端口1-3-3连接减法器28的负输入端，减法器28的输出端连接中间参数控制器模块24的输入端，中间参数控制器模块24的输出端连接乘法器26的输入端262，解模糊化模块21的输出端212连接乘法器26的输入端261。它具有缩短滞后时间，增强系统的动态响应速度的作用。中间参数仪10选用美国Sentrol公司的SPD1000型检测仪。

Claims

1、智能絮凝投药系统，它由中心控制柜(1)、投药泵(2)、投药泵(3)、流量计(4)、原水浊度仪(5)、混合器(6)、清水浊度仪(7)、反应池(8)、沉淀池(9)、进水管(11)、出水管(12)、投药管(13)组成；中心控制柜(1)的电源驱动端口(1-4)、电源驱动端口(1-5)分别连接投药泵(2)的电源输入端口(2-2)、投药泵(3)的电源输入端口(3-2)，中心控制柜(1)的数据输入端口(1-6)、数据输入端口(1-7)、数据输入端口(1-9)分别连接流量计(4)的数据输出端口(4-3)、原水浊度仪(5)的数据输出端口(5-2)、清水浊度仪(7)的数据输出端口(7-2)，投药泵(2)的出药口(2-1)、投药泵(3)的出药口(3-1)通过投药管(13)连接混合器(6)的进药口(6-2)端，进水管(11)的一端连接流量计(4)的进水口(4-1)，流量计(4)的出水口(4-2)连接原水浊度仪(5)的检测端口(5-1)端并连接混合器(6)的进水口(6-1)端，混合器(6)的出水口(6-3)端连接反应池(8)的进水口(8-1)端，反应池(8)的出水端(8-2)连接沉淀池(9)的进水端(9-1)，沉淀池(9)的出水口(9-2)端连接清水浊度仪(7)的检测端口(7-1)端并连接出水管(12)的一端；中心控制柜(1)由变频调速器(1-1)、人机界面(1-2)、可编程控制器(1-3)组成；变频调速器(1-1)的电源驱动端(1-1-1)、电源驱动端(1-1-2)分别连接中心控制柜(1)的电源驱动端(1-4)、电源驱动端(1-5)，可编程控制器(1-3)的数据脚(1-3-1)、数据脚(1-3-2)、数据脚(1-3-4)分别连接中心控制柜(1)的数据输入端(1-6)、数据输入端(1-7)、数据输入端(1-9)，人机界面(1-2)的数据通信端口(1-2-1)端连接可编程控制器(1-3)的数据通信端口(1-3-5)端，可编程控制器(1-3)的数据端口(1-3-6)端连接变频调速器(1-1)的数据端口(1-1-3)端；其特征在于所述可编程控制器(1-3)由偏差变化率计算模块(14)、模糊化模块(15)、性能测量模块(16)、控制量校正模块(17)、控制规则修正模块(18)、模糊控制规则模块(19)、模糊逻辑决策模块(20)、解模糊化模块(21)、判断模块(22)、积分控制模块(23)、减法器(25)、乘法器(26)组成；模糊控制规则模块(19)内部的初始控制规则是根据人工手动投药的历史数据，形成的模糊化的原水流量检测值、原水浊度检测值、浊度偏差和絮凝剂投加量之间的关系数据库；端口(1-3-5)连接减法器(25)的正输入端，端口(1-3-4)连接减法器(25)的负输入端，减法器(25)的输出端连接偏差变化率计算模块(14)的输入端、模糊化模块(15)的输入端(151)、判断模块(22)的输入端(221)，偏差变化率计算模块(14)的输出端连接判断模块(22)的输入端(222)、模糊化模块(15)的输入端(152)，端口(1-3-2)连接模糊化模块(15)的输入端(153)，端口(1-3-1)连接模糊化模块(15)的输入端(154)，模糊化模块(15)的输出端(155)连接性能测量模块(16)的输入端(161)、控制规则修正模块(18)的输入端(181)，模糊化模块(15)的输出端(156)连接性能测量模块(16)的输入端(162)、模糊控制规则模块(19)的输入端(191)，模糊化模块(15)的输出端(157)、输出端(158)分别连接模糊控制规则模块(19)的输入端(192)、输入端(193)，性能测量模块(16)的输出端(163)连接控制量校正模块(17)的输入端，控制量校正模块(17)的输出端连接控制规则修正模块(18)的输入端(182)，控制规则修正模块(18)的输出端(183)连接模糊控制规则模块(19)的输入端(194)，模糊控制规则模块(19)的输出端(195)连接模糊逻辑决策模块(20)的输入端，模糊逻辑决策模块(20)的输出端连接解模糊化模块(21)的输入端(211)，判断模块(22)的输出端(223)连接积分控制模块(23)的输入端，积分控制模块(23)的输出端连接乘法器(26)的输入端(261)，解模糊化模块(21)的输出端(212)连接乘法器(26)的输入端(262)，乘法器(26)的输出端连接端口(1-3-6)端。

2、根据权利要求1所述的智能絮凝投药系统，其特征在于所述可编程控制器(1-3)上增加有中间参数仪(10)，在可编程控制器(1-3)上增加有中间参数控制器模块(24)、加法器(27)、减法器(28)；在模糊控制规则模块(19)上增加基于模糊化的原水流量检测值、原水浊度检测值、浊度偏差和中间参数设定值之间的关系数据库，其对应于解模糊化模块(21)的输出端(213)，原有关系数据库对应于解模糊化模块(21)的输出端(212)；中间参数控制器(24)采用常规比例积分算法，根据中间参数设定值和中间参数仪(10)检测值的差值进行比例积分运算，其设定值由解模糊化模块(21)的输出端(213)同积分控制模块(23)的输出相叠加来自动修正；中间参数仪(10)的检测端口(10-1)连接混合器(6)的出水口(6-3)端并连接反应池(8)的进水口(8-1)端，中间参数仪(10)的数据输出端口(10-2)端连接中心控制柜(1)的数据输入端口(1-8)端，中心控制柜(1)的数据输入端口(1-8)连接可编程控制器(1-3)的数据端口(1-3-3)端；积分控制模块(23)的输出端连接加法器(27)的输入端(271)，解模糊化模块(21)的输出端(213)连接加法器(27)的输入端(272)，加法器(27)的输出端(273)连接减法器(28)的正输入端，数据端口(1-3-3)连接减法器(28)的负输入端，减法器(28)的输出端连接中间参数控制器模块(24)的输入端，中间参数控制器模块(24)的输出端连接乘法器(26)的输入端(262)，解模糊化模块(21)的输出端(212)连接乘法器(26)的输入端(261)。