前馈－反馈复合控制的水厂投药控制系统技术方案

本实用新型专利技术为一种基于ＭＦＡ控制器的前馈－反馈复合控制的水厂投药控制系统，其包括：用于将前馈输入的原水浊度和／或原水流量测量值及反馈输入的待滤水浊度测量值进行计算并产生控制输出信号，去控制加药泵变频器工作的ＭＦＡ控制模块；用于测量待滤水浊度的待滤水浊度检测仪；用于测量原水浊度的原水浊度检测仪；用于测量原水流量的原水流量检测仪；用于接收ＭＦＡ控制模块的输出信号并根据信号对加药泵的转速进行控制的加药泵变频器；用于将药物泵入原水的加药泵；原水浊度检测仪和／或流量检测仪、ＭＦＡ控制模块、加药泵变频器、加药泵和待滤水浊度检测仪相互连接。本实用新型专利技术具有极强的鲁棒性，对于提高水质，增强系统可靠性极具意义。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及自动化技术和给排水处理工艺，特别涉及一种用于控制水厂出水 浑浊度的自适应计算机控制技术。
技术介绍
投药过程是自来水厂进行水处理的一道关键工序，其动态过程特性具有大惯性、 大时滞、时变性、不确定性的特点，是一种难控的被控对象。投药量的多少取决于原水水质 (主要是浑浊度)、流量、沉淀池出水水质(主要是浑浊度)，投药混凝过程控制得不好将会 使出水的质量(主要是浑浊度)不符合要求，从而产生事故，不仅造成了水资源浪费，而且 还会产生不好的社会影响。我国很多给水厂的投药自动化水平还较低，仍在使用传统手动 控制方法。由于原水水质、流量以及净水构筑物运行工况变化频繁，通常要求操作工反复调 整混凝剂的投加量并观察混凝效果，才能保证出水水质满足净水要求。手动控制方法存在 操作工劳动强度大、对操作工的责任心要求高，混凝效果受到操作工的技术与经验等人为 因素影响的不足。为了克服手动控制方法的缺点，同时降低水厂操作工的劳动强度。国内一些水厂 也开始使用自动投药系统，主要采用如下三种方式(1)采用流动电流检测仪(Streaming Current Detector，简称SCD)的自动投药系统；(2)采用显示式絮凝控制(Flocculation Control Device，简称FCD)自动投药系统；(3)采用基于透光率脉动(Fluctuation of Transmitted Light，简称FTL)检测的自动投药系统。虽然，这三种自动投药系统的应用取 得了一定的效果，控制效果优于手动控制，但仍存在许多不足。上述三种控制系统的主要结 构和特点如下(I)SCD控制系统(其控制示意图如图1所示)基于SCD技术的控制系统主要由 流动电流检测仪、加药变频器和加药泵构成，系统通常采用PID控制算法。其缺点是①原 水水质变化较大时，检测数值发生漂移、灵敏度降低、误差增大；②系统必须定期调整参考 设定值，并且稳定性较差、调校时间长，容易造成投加过量或不足；③采样点位置选取要求 高，检测探头容易被污染、抗水冲击能力小、取样管容易堵塞。(2)FCD控制系统(其控制示意图如图2所示)基于FCD技术的控制系统主要由 CCD摄像头、计算机系统、加药变频器和加药泵构成，使用图象处理软件和PID控制算法。其 缺点是①原水中的杂质容易对系统造成干扰，导致絮体颗粒的图像采集误差大；②FCD是 在水下进行摄像，凝絮的沉淀物会在摄像头沉淀聚集、必须经常清洗，非常麻烦；③FCD控 制系统需要对三维矾花图像进行处理，系统复杂，复杂的计算增加了信号反馈的滞后时间。(3)FTL控制系统(其控制示意图如图3所示)基于FTL技术的控制系统主要由 透光率脉动传感器、计算机系统、加药变频器和加药泵构成，主要采用PID控制算法或基于 PID的复合控制算法。其缺点是①取样管容易堵塞；②虽然引入的串级控制方式可在一定 范围内自动调整设定值，但当水质变化超过一定范围时，仍然需要有经验的操作人员依据 经验人工修正设定值，未能实现全部自动控制；③透光率脉动技术应用于高浊度水的混凝剂投加控制效果较好，但在常规浊度水、超低浊度水的应用处于发展阶段，仍有许多不完善 的地方。综上所述，目前国内流行的三种自动投药控制系统，其最根本的问题在于它不是 以沉淀池出水浑浊度(水厂最重要的综合性水质指标，也称为待滤水混浊度)为检测值进 行控制，组成闭环控制系统；而是采用水处理过程的中间变量(如S⑶、F⑶、FTL)进行控制。 因此，随着进水流量和水质的变化，其给定值需要经常调整。此外，上述三种自动投药控制 方法的检测仪表都不是标准化仪表，比较复杂、稳定性较差、维护工作量很大，很多水厂使 用一段时间后，觉得仪表调校和维护麻烦，其给定值又要经常调整，因此，最终就停止使用 和运行，导致目前国内大多数水厂仍在使用传统手动控制方法，但这样的方法已明显不能 适应现代水厂的工作和生产要求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种使用MFA控制器、通过原水流量和/或原水浑浊 度前馈-待滤水浑浊度反馈复合控制的水厂投药控制系统。该系统可以有效地控制具有大 时滞、大惯性、多干扰、时变性和不确定性的被控过程。为实现本技术的目的采用的技术方案一种前馈-反馈复合控制的水厂投药 控制系统，其特征是，包括用于将前馈输入的原水浊度和/或原水流量测量值及反馈输入的待滤水浊度测 量值进行计算并产生控制输出信号，去控制加药泵变频器工作的MFA控制模块；用于测量待滤水浊度的待滤水浊度检测仪；用于测量原水浊度的原水浊度检测仪；用于测量原水流量的原水流量检测仪；用于接收MFA控制模块的输出信号并根据信号对加药泵的转速进行控制的加药 泵变频器；用于将药物泵入原水的加药泵；所述原水浊度检测仪和/或原水流量检测仪与MFA控制模块信号连接；MFA控制 模块与加药泵变频器、加药泵依次信号连接；待滤水浊度检测仪与MFA控制模块信号连接。更具体的说，所述MFA控制模块包括用于对原水浊度和/或原水流量测量值进行处理，并将处理结果输入MFA控制器 的MFA前馈控制模块；用于将MFA前馈控制模块的输出结果和反馈输入的待滤水浊度测量值进行计算 并产生控制输出信号，去控制加药泵变频器工作的MFA控制器。为了更好地实现本技术，所述MFA控制器为抗滞后MFA控制器。所述待滤水浊度检测仪是指低浊度检测仪。本技术的设计原理是由于反馈控制系统的输出是偏差的函数，只有出现偏 差才进行调节，因此，如果偏差的反馈调节不及时，严重情况下可能会导致控制系统的发散 振荡。而前馈的引入可以在一旦有扰动出现时，控制器就做出及时的控制调节，这样就能在 偏差还未出现以前就把扰动的影响消除了。因此，本技术采用了前馈-反馈复合控制 来实现对水厂投药过程的控制，其中前馈系数的计算步骤如下4第一步，测出被控对象的飞升曲线，通过分析飞升曲线，得出被控对象的近似传递 函数；第二步，测出原水流量干扰通道的飞升曲线，通过分析飞升曲线，得出原水流量干 扰通道的传递函数；第三步，测出原水浊度干扰通道的飞升曲线，通过分析飞升曲线，得出原水浊度干 扰通道的近似传递函数；第四步，分别计算前馈控制模块的流量传递函数和浊度传递函数；第五步，得出前馈系数。在实际的控制过程中，以得出的前馈系数为参考值，根据被控对象的具体情况进 行在线调整，以得到最佳的控制效果。本技术是这样工作的将原水浊度检测仪和/或原水流量检测仪的测量值作 为MFA前馈控制模块的输入信号，待滤水浊度检测仪的测量值经过反馈输入MFA控制器，原 水浊度和/或原水流量测量值经过MFA前馈控制模块处理后也输入MFA控制器，两者经MFA 控制器计算产生控制输出信号(标准电压信号)，控制输出信号传送到加药泵变频器，通过 加药泵变频器控制加药泵转速，以此调节加药泵向原水中泵入的药量。本技术相对于现有技术的优点和效果是1、本技术公开的前馈_反馈复合控制的水厂投药控制系统，使用MFA控制器 对原水流量和/或原水浑浊度前馈_待滤水浑浊度反馈进行复合控制，由于MFA控制器无 需被控对象的精确模型，因此可省去复杂的控制器设计及参数整定过程，具有极强的鲁棒 性，使得控制系统对于水厂混凝投药这样的难控对象具有较强的适应能力。2、本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱学峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，佛山市水业集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：81