一种自适应的PAC加药基础自动化方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应的PAC加药基础自动化方法，实施的过程分两部分：一部分为建模过程，另一部分为参数确定与调试验证。建模过程包括：PAC机理投药机理分析、原理模型设计、模型归纳与线性回归方程推导。参数调试验证包括：迭代系数原始值的确定、符合工况实际的投药参数设置调试以及模型/工况自身的参数限幅逻辑应用。本发明专利技术符合化学与物理机理：基础应用层面加入了数理建模。所设计的PAC加药模型可实现自我迭代根据工况自我适应。硬件通用性及造价低：PLC代码通用，仅需要在原PLC控制器进行代码迭代即可实现。稳定性与鲁棒性：该方法结合的数据处理的算法与基础控制器的逻辑功能，符合生产用户的习惯。符合生产用户的习惯。符合生产用户的习惯。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应的PAC加药基础自动化方法


[0001]本专利技术涉及一种PAC加药基础自动化方法，属于PAC自动化加药控制
，尤其涉及一种基于自适应的PAC加药基础自动化方法。

技术介绍

[0002]现有的PAC自动化加药方法主要有两类，一类较为简单的经验建模，一般为分区间段的一元一次线性方程y＝kx+b，在基础自动化上也易实现，并且应用广泛；但在精确性上、自适应方面十分欠缺；另外一种是根据化学反应、CFD状态、聚合物生长吸附过程的智慧投药模型，虽然在理论上有较完善的论述；精确预测、自学习自适应数理方法的应用；但建模复杂、运算量大且硬件配备和工程实施价格昂贵。现场实际投入成功运行的案例寥寥，技术的成熟度实用性还在进一步发展。
[0003]PAC投药技术属于污水深度处理技术中的一种。通过添加PAC药剂，铝离子一部分与污水中的磷酸根化学反应形成沉淀，另一部分带电离子形成聚合物通过吸负电荷附磷酸根进行除磷。这样，出水指标中的磷指标得到有效控制。国内绝大多数污水厂三级处理工艺都使用PAC投药除磷，因此，降低单耗精确控药提高经济效益是行业的普遍需求。
[0004]目前国内主流的PAC自动加药方法主要有两类。一类是较为简单的经验公式，一般为分区间段的一元一次线性方程y＝kx+b，在基础自动化上也易实现，为当前主流方法并应用广泛；但这同样存在精确性低、无法自适应的缺点；另外一种是根据化学反应、CFD状态、聚合物生长吸附过程建立的智慧投药模型，虽然在理论上有较完善的论述；亦包括精确预测、自学习自适应等数理方法；但建模复杂、运算量大且配套硬件及工程实施价格昂贵；实际投入成功运行的案例寥寥；其技术的成熟度与实用性还在进一步发展。
[0005]操作简单、自适应方法、降耗增效，是每一个水处理用户的普遍需求。旧的方法已经逐渐落后于现在的产业水平，新的模型理论在成本上和应用效果还不尽如意。针对目前的发展需求，开发并一款自适应的基础自动化PAC控制加药方法，提高自动化程度和降耗需求，就是现有技术发展新的趋势。

技术实现思路

[0006]基于现有两种技术的各自存在的问题，本专利技术了设计了一种既符合PAC模型机理的、又容易在PLC上改造实现的较为精确的、自适应PAC加药基础自动化方法。因此，基于现有两种技术的各自存在的问题，本专利技术了取两者所长，设计了一种既符合PAC模型机理的、又容易在PLC上改造实现的较为精确的、自适应PAC加药基础自动化方法。
[0007]本专利技术的核心为数学建模，实施的过程大体上可以分两部分：一部分为建模过程，另一部分为参数确定与调试验证。建模过程包括：PAC机理投药机理分析、原理模型设计、模型归纳与线性回归方程推导。参数调试验证包括：迭代系数原始值的确定、符合工况实际的投药参数设置调试以及模型/工况自身的参数限幅逻辑应用。通过以上实施步骤，即可在基础自动化层面实现操作简单、匹配模型机理、自适应、同样稳定可靠、符合生产用户习惯的
PAC加药基础自动化方法。
[0008]S1、化学除磷法中，Al
+3
/PO4
‑3是完全线性的，可以直接用线性方程表达y1＝wx1+b1。
[0009]物理除磷模型简化为极值点为(XH，YH)的凸抛物线y2＝u(x2‑
XH)2+YH。物理/化学投药量用总投药量x和占比系数k代替。
[0010]化学除磷模型变换为：y1＝w(1
‑
k)x+b1；物料模型可简化为：y2＝u(kx
‑
SH)2+YH.模型相加，化学除磷模型归纳为y＝u(kx
‑
XH)2+w(1
‑
k)x+b。
[0011]其中，x>0，y>0，0<k<1.w>0，u<0，b>YH.XH为药量限幅极大值，YH为磷指标设定极大值。
[0012]S2、自适应的PAC加药基础自动化模型通过梯度下降法，损失函数求偏导(方程求解一元方程线性回归问题)，得出迭代公式：
[0013][0014][0015][0016]其中，k为人工占比系数设置，η为学习步长设置，n为学习迭代次数设定。x
i
为给定药量，y
i
是当前TP磷仪表反馈值，XH为投药量极大值设定。公式(1)、(2)、(3)联立循环迭代，梯度法迭代逼近求出预测的系数w、u、b。
[0017]S3、迭代初始值w0、u0、b0确定。取k＝0.5，即化学/物理除磷处理效果相当时为初始状态。b0值取YH，即最大处理磷量。将YH、YL、XH、XL投入迭代，可以计算出w0、u0作为初始值。
[0018]S4、整个自适应的PAC加药基础自动化建模和方法步骤：首先建立自适应的PAC加药基础自动化模型，其次按方程进行迭代算法程序设计。其中，程序设计过程中要严格代入参数限幅后的判定跳转逻辑，避免程序卡入死循环或中断。接着确定方程(1)、(2)、(3)初始系数w0、u0、b0，经验系数k以及幅值YH、YL、XH、XL。然后结合生产实际值(药量x，除磷仪表值y)输入算法进行迭代，求出方程系数w、u、b。最后根据生产经验适当调节参数k，步长η，迭代次数n，逐步确定现有工况，以适应投加规律。
[0019]智慧PAC投药模型是未来技术的发展方向。但在国内目前没有成熟的商业应用模型，其建模复杂、价格昂贵、效果不尽理想。因此，国内成熟的技术还是分段一次函数。本专利技术基于符合工艺原理和工程实用可靠两点原则，面向受众范围广大的基础自动化层用户。本专利技术的优势在于1、符合化学与物理机理：基础应用层面加入了数理建模。2、自适应：所设计的PAC加药模型可实现自我迭代根据工况自我适应。3、硬件通用性及造价低：PLC代码通用，仅需要在原PLC控制器进行代码迭代即可实现。4、稳定性与鲁棒性：该方法结合的数据处理的算法与基础控制器的逻辑功能，符合生产用户的习惯。
附图说明
[0020]图1是本专利技术方法PAC投药的技术分析模型效果图。
具体实施方式
[0021]以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。
[0022]如图1所示，本专利技术采用的技术方案为一种自适应的PAC加药基础自动化方法，(1)污水PAC加药是一种以化学为主、物理吸附为辅的除磷方法。PAC化学除磷的原理：当PAC铝盐溶于污水形成离子，发生以下化学反应：Al
+3
+PO4
‑3＝AlPO4
↓
。AlPO4为沉淀物，通过排泥排出水体达到化学除磷的效果。铝离子/磷酸根离子反应摩尔比为1∶1。另一面，PAC物理除磷的原理：Al
+3
可通过水解生成单核络合物Al(OH)
2+
、Al(OH)
+2
及AlO
‑2等，这些单核络合物通过聚合进一步形成多核络合物Al
n
(OH)
m(3n
‑
m)+<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应的PAC加药基础自动化方法，其特征在于，实施的过程分两部分：一部分为建模过程，另一部分为参数确定与调试验证；建模过程包括：PAC机理投药机理分析、原理模型设计、模型归纳与线性回归方程推导；参数调试验证包括：迭代系数原始值的确定、符合工况实际的投药参数设置调试以及模型/工况自身的参数限幅逻辑应用；该方法包括如下步骤，S1、化学除磷法中，Al
+3
/PO4
‑3是完全线性的，直接用线性方程表达；物理除磷模型简化为极值点为(XH，YH)的凸抛物线；物理/化学投药量用总投药量x和占比系数k代替；化学除磷模型归纳为y＝u(kx
‑
XH)2+w(1
‑
k)x+b；其中，x&gt;0，y&gt;0，0&lt;k&lt;1，w&gt;0，u&lt;0，b&gt;YH；XH为药量限幅极大值，YH为磷指标设定极大值；S2、自适应的PAC加药基础自动化模型通过梯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永茂，李中杰，王矩，王松，安莹玉，
申请(专利权)人：北控水务中国投资有限公司，
类型：发明
国别省市：