自來(lái)水廠(chǎng)出水濁度的前饋反饋智能控制
朱學(xué)峰1，劉桂香1，陳菊1，李展峰2，鄒振裕2，羅永恒2，徐廷國(guó)2
（華南理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，廣東廣州51061；2佛山沙口水廠(chǎng)，廣東佛山510000)
摘 要：針對(duì)國(guó)內(nèi)大多數(shù)水廠(chǎng)都是手動(dòng)控制加藥，對(duì)水量大幅度變化或者遇到暴雨天氣
使得濁度變化劇烈時(shí)難以準(zhǔn)確控制投藥量的問(wèn)題，提出了采用無(wú)模型控制器的前饋一反饋方案來(lái)對(duì)水廠(chǎng)投藥過(guò)程進(jìn)行控制。它針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行有效的控制，達(dá)到對(duì)原水濁度劇烈變化時(shí)能實(shí)時(shí)且有效控制出水濁度，使出水達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并能節(jié)約成本。無(wú)模型控制器買(mǎi)時(shí)控制能保證加藥量既不會(huì)浪費(fèi)也能控制水質(zhì)到水廠(chǎng)規(guī)定的濁度值，其晟好的魯棒性及快速性，表明了其在水廠(chǎng)智能加藥控制過(guò)程中的可行性。
關(guān)鍵詞：無(wú)模型自適應(yīng)控制器；前饋控制
中國(guó)分類(lèi)號(hào)：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a
l引言
城市供水足現(xiàn)代化城市建設(shè)的一個(gè)重要方面，為了提高供水質(zhì)量，保持水質(zhì)穩(wěn)定，節(jié)省資源，降低成本，國(guó)內(nèi)各大水廠(chǎng)都在努力改進(jìn)凈水工藝，改造工藝設(shè)備，提高水處理過(guò)程的科技含量和自動(dòng)化水平。混凝沉淀過(guò)程加礬控制自動(dòng)化是各大水廠(chǎng)期盼的一個(gè)目標(biāo)，也是專(zhuān)家們一直在研究的一個(gè)課題，希望能找到一種方法：能直接以沉淀池出口水濁度實(shí)測(cè)值為控制目標(biāo)，并以該實(shí)測(cè)值為負(fù)反饋閉環(huán)自動(dòng)控制加礬量。因此，實(shí)現(xiàn)混凝投藥的自動(dòng)控制可以穩(wěn)定出廠(chǎng)水水質(zhì)，降低制水成本，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，是一個(gè)十分值得研究和推廣的技術(shù)。
2水廠(chǎng)常規(guī)處理工藝流程
原水經(jīng)泵房抽入水廠(chǎng)進(jìn)水管道，將配制好的混凝劑礬液加入進(jìn)水主管道，與原水混合后流入沉淀池，礬液在水中流動(dòng)擴(kuò)散形成礬花，將水中的膠體微粒和雜質(zhì)等懸浮物凝聚沉淀，降低水的混濁度，提高水質(zhì)，礬花在水中凝聚沉淀的反應(yīng)時(shí)間大約為20~ 30 min，各個(gè)自來(lái)水廠(chǎng)沉淀池的出口濁度一般一定的標(biāo)準(zhǔn)，一般要低于3 0 ntu。
城市供水現(xiàn)在的投藥是自動(dòng)投藥和人工修正相結(jié)合的方式進(jìn)行控制，控制方式是開(kāi)環(huán)控制。主要依賴(lài)于人的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同情況下的投藥量進(jìn)行設(shè)定。為了保證出水水質(zhì)滿(mǎn)足要求，投藥量往往是過(guò)量的，產(chǎn)生了浪費(fèi)。
在工藝條件一定的情況下，若混凝劑投量偏少，膠體雜質(zhì)達(dá)不到應(yīng)有的脫穩(wěn)程度，混凝效果不好，相反，若投加量過(guò)多，膠體表面吸附過(guò)量的反電荷，膠體發(fā)生再穩(wěn)定而不能凝結(jié)，反應(yīng)同樣不理想。混凝劑投加到沉淀池出水濁度發(fā)生變化需要較長(zhǎng)的時(shí)間，混凝劑的投加量除取于原水流量和濁度外，還受水溫、ph、水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)等因素的影響。
在一定的工藝條件下，混凝劑的投加量直接決定混凝沉淀效果，但水處理的混凝加藥過(guò)程是一個(gè)大滯后的過(guò)程，用一般的控制器進(jìn)行反饋控制比較困難。因此，本文采用了博軟公司開(kāi)發(fā)的mfa進(jìn)行反饋和前饋一反饋結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行控制。
3控制器的選擇一無(wú)模型控制器
在沙口水廠(chǎng)中試基地的加藥控制中，采用了cyhocon（博軟）公司的無(wú)模型控制器mfa。基于無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)的cybocon控制器是“即插即用”式的單變量和多變量控制軟件，可對(duì)簡(jiǎn)單或復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程控制進(jìn)行自適應(yīng)控制。由于本被控對(duì)象具有大慣性、大時(shí)滯、時(shí)變性、非線(xiàn)性和強(qiáng)干擾等特點(diǎn)，而無(wú)模型控制器又具有如下特性：
①使用cybocon控制器時(shí)候，不需有精確的過(guò)程定量知識(shí)。
②系統(tǒng)中不存在辨識(shí)機(jī)制或辨識(shí)器。
③無(wú)需對(duì)某個(gè)特定環(huán)節(jié)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。
④不需對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行復(fù)雜的人工整定；只要選擇相應(yīng)的控制器并簡(jiǎn)單地設(shè)定控制器參數(shù)就可以將mfa控制器投入使用。
⑤即使過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性有較大變化，也不需要重新調(diào)整參敬就可以基本保持較好的控制質(zhì)量。
⑥同時(shí)，可以在控制器里面很方便地進(jìn)行組態(tài)組成串級(jí)控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)等，而不需要再有額外的其他控制器設(shè)施。
因此，它的反饋控制能保證對(duì)象時(shí)變或者存在干擾時(shí)控制的效果；它的前饋能保證控制的及時(shí)性，前饋反饋結(jié)合在一起組成的復(fù)合控制則能解決上面水廠(chǎng)出水濁度控制上存在的困難。
4混凝加藥過(guò)程對(duì)象特性的確定
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