一、需求背景

2017 年年初，國家發(fā)改委發(fā)布了《“互聯(lián)網(wǎng) + ”綠色生態(tài)三年行動(dòng)實(shí)施方案》的通知，文中明確提出了“大力發(fā)展智慧環(huán)?！币?，這是智慧環(huán)保概念的首次提出?！爸腔鬯畡?wù)”是“智慧環(huán)?！备拍罹唧w到水務(wù)領(lǐng)域的體現，以更加精細和動(dòng)態(tài)的方式管理水系統，具有可靠性高、功率小、運行成本低、實(shí)時(shí)性強等特點(diǎn)，有助于規范管理、節能降耗、減員增效。

我國水處理行業(yè)在經(jīng)歷了上世紀八十年代的打基礎階段以及新世紀前后的自動(dòng)化階段后，已基本實(shí)現了城鎮污水全處理（截止 2016 年底，全國城鎮污水處理率達 96% 以上），水處理廠(chǎng)均建設了設備自動(dòng)化控制系統，大幅解放了勞動(dòng)力。目前，行業(yè)正處于智能化轉型階段，利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )、數據庫技術(shù)和 3/4G 網(wǎng)絡(luò )，搭建水處理企業(yè)的數字化業(yè)務(wù)系統和數據庫，大大提高了信息存儲、查詢(xún)和回溯的效率，初步實(shí)現了業(yè)務(wù)管理的信息化，突破了水處理企業(yè)原有各工藝、各系統環(huán)節間的“數據孤島”，實(shí)現了數據“一張圖”、“一張表”。然而，從信息化到智能化仍然存在較大差距，例如，缺少對水處理工藝環(huán)節的智能控制，絕大部分過(guò)程控制仍然依靠人工決策，難以將數據與精細化管理充分結合。

以混凝工藝為例，這是最常見(jiàn)、應用最廣泛的一種水處理工藝。其原理是通過(guò)向水中投加化學(xué)藥劑，破壞水中懸浮污染物電荷穩定性，促使其團聚形成礬花后從水中沉淀去除。整個(gè)混凝反應過(guò)程受多種因素影響，包括水體污染程度、水中電荷分布、流場(chǎng)情況、溫度情況等等，并且反應過(guò)程存在滯后性，整個(gè)反應過(guò)程難以建立精確的數學(xué)模型，造成目前仍以人工巡檢為主要控制方式，存在人力投入大、藥劑浪費、水質(zhì)波動(dòng)等問(wèn)題。濁度 （ SS ） 反映水中懸浮顆粒物的濃度 ， 是反映水質(zhì)的重要因素 ? 也是決定混凝劑投加量的重要因素。當原水遭遇洪峰或其他擾動(dòng)影響時(shí) ， 原水濁度變化較大 ， 濁度增加 ， 投藥量加大。另外混凝池在不同的濁度下 ? 混凝反應效果也不同。水溫影響混凝劑溶解速度 ? 水溫越低 ? 膠體運動(dòng)速度越小 ， 混凝反應效果不好 ， 不利于混凝 ? 因此水溫對耗藥量也較大影響。處理水的 PH 值不同對混凝有不同的影響 ? 混凝劑投入后水解產(chǎn)物直接受 PH 值影響 ? PH 值影響水解產(chǎn)物的存在狀態(tài)。只有在一定的 PH 值范圍內 ? 混凝劑 才 能發(fā)揮最佳效果。

在污水處理系統中，為了除去或降低水中懸浮物，使其產(chǎn)生大顆粒的凝聚體，加快水中雜質(zhì)和污泥沉降速度，一般在污水處理的沉降部分加入一定濃度的絮凝劑。用于含油污水處理的絮凝劑包括無(wú)機絮凝劑、有機絮凝劑和復合絮凝劑 3 大類(lèi)。為了保證加藥濃度、減輕工人勞動(dòng)強度和降低藥劑成本，應用絮凝劑自動(dòng)加藥工藝技術(shù)。

智能加藥系統應用實(shí)時(shí)控制理念、數值模擬分析技術(shù)及動(dòng)態(tài)控制，按需加藥，實(shí)現出水水質(zhì)穩定達標，優(yōu)化污水處理廠(chǎng)運行，進(jìn)一步實(shí)現可持續的穩定達標與節能降耗。

二、智能加藥系統構成

智能加藥系統像人類(lèi)大腦一樣具備接收、存儲、分析信息等功能，基安云智能加藥系統采用 “前饋 + 反饋”的閉環(huán)控制模式。

首先通過(guò)前饋專(zhuān)家模型采集分析源水流量、濁度、 PH 值 等數據信息并快速建模，再利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )對模型進(jìn)行深度學(xué)習，通過(guò)多步預測、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正識別出加藥量和變量之間的對應關(guān)系，最終得出最精準的藥劑投加量?；苍浦悄芗铀幭到y可通過(guò)軟件平臺對工藝過(guò)程進(jìn)行全自動(dòng)監控、診斷，投藥全程自動(dòng)化控制，設備故障自動(dòng)進(jìn)行切換控制；實(shí)現對設備運行、藥劑消耗、水質(zhì)監控等方面進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷、數據分析、故障預測及報警 。

投加系統包括用于檢測進(jìn)水口水質(zhì)的進(jìn)水端 水質(zhì)監測儀器 、用于檢測出水口水質(zhì)的 水質(zhì)監測儀器 、用于根據進(jìn)水口水質(zhì)和出水口水質(zhì)計算投藥參數的控制裝置和用于根據投藥參數投藥的投藥裝置，進(jìn)水端 水質(zhì)監測儀器 、出水端 水質(zhì)監測儀器 和投藥裝置均與控制裝置連接。通過(guò)進(jìn)水端 水質(zhì)監測儀器 檢測進(jìn)水口水質(zhì)，出水端 水質(zhì)監測儀器 檢測出水口水質(zhì)，控制裝置根據進(jìn)水口的水質(zhì)實(shí)時(shí)計算出投藥參數；同時(shí)根據相關(guān)標準定義的水質(zhì)指標設定值和出水口水質(zhì)實(shí)時(shí)修正投藥參數；實(shí)現了基于前饋和反饋復合的污水處理藥劑投加控制，具有控制過(guò)程反應迅速，投藥量調節精確的優(yōu)點(diǎn)，可以達到保證出水口水質(zhì)的同時(shí)節省藥劑，避免多余藥劑污染環(huán)境的效果。

裝置工作原理：干粉絮凝劑加入干粉料斗后，按設定的配比濃度，由螺桿給料機定量輸入溶解箱內，與定量的清水混合，經(jīng)過(guò)攪拌器攪拌、熟化后，由計量泵將混合液外輸至加藥點(diǎn) 。

絮凝劑自動(dòng)加藥工藝流程

設備包括浸潤器、溶藥攪拌器、加藥泵、稀釋裝置、儀表、管路、管路附件、控制柜。此控制柜既可手動(dòng)按鈕控制，也可與 PLC控制柜聯(lián)動(dòng)控制。

三、自動(dòng)加藥裝置

加藥設備示意圖

基安云智能加藥系統采用基于 SS 負荷 、 PH 值 的前饋補償，結合出水 SS 濃度 、 PH 值 安全控制的綜合策略。安全控制環(huán)節根據出水出水 SS 濃度 、 PH 值 ，動(dòng)態(tài)調節控制策略。前饋補償控制環(huán)節，實(shí)時(shí)監測水質(zhì)水量和工藝運行參數，利用尋優(yōu)模型算法，將采集數據與加藥量進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，減少進(jìn)水負荷變化對出水 SS 濃度 、 PH 值 結果的干擾和影響，同時(shí)降低甚至停止不必要的藥劑投加 。

系統組成：

1. 在線(xiàn)監測儀表主要用于實(shí)時(shí)監測沉淀池等 SS 濃度 、 PH 值 ，作為控制信號發(fā)送到智能加藥系統；

2. 控制模塊包括數據采集與傳輸模塊、加藥控制模塊、人機交互等，實(shí)現藥劑投加過(guò)程的前饋補償與安全控制；

3. 配套軟件系統的主要功能為：遠程控制、實(shí)時(shí)數據顯示、參數設定、報警顯示、趨勢查詢(xún)、權限管理等。

生產(chǎn)采用的干粉絮凝劑為每袋 25kg 的有機高分子助凝劑?，F場(chǎng)根據干粉稀釋濃度要求、加藥箱的容積、計量泵排量、每天加藥量，合理確定了外輸量、干粉加藥濃度等參數。

目前在污水處理過(guò)程中，一般采用反饋控制的方法，可抑制外部擾動(dòng)的影響，確保過(guò)程的穩定性，并優(yōu)化經(jīng)濟指標，反饋控制系統的組成包括被控過(guò)程、檢測器、變送器、控制器及執行器。反饋控制具有對內部系統參數變化和外部環(huán)境干擾敏感度高的優(yōu)點(diǎn)。如果被控變量實(shí)際值與給定值發(fā)生偏離，控制系統就會(huì )立巧響應并校正偏差。因此反饋控制對無(wú)法預計的干擾具有明顯優(yōu)勢。

前饋反饋復合控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：

１、通過(guò)反饋控制可以保證受控變量的控制精度，既保證受控變量穩定后的數值，又能克服前饋控制回路之外的各種擾動(dòng)的影響；

２、引入反饋控制后，可以降低對前饋控制模型精度的要求，便于簡(jiǎn)化和實(shí)施前饋控制模型；

３、反饋控制回路提高了前饋控制模型的適應性。 如果自動(dòng)加藥裝置測出的流量值和 SS 濃度暫時(shí)不可用 ( 例如出現了故障 ) ，系統會(huì )自動(dòng)采用鎖定故障前的加藥量，并按照此加藥量持續加藥。

三、系統原理及運行對比

智能加藥系統原理圖

智能投藥控制器算法結構

工藝流程圖

實(shí)際運行過(guò)程中，加藥系統可確保進(jìn)水水量發(fā)生波動(dòng)而加藥濃度依舊穩定。

智能學(xué)習功能可根據歷史加藥數據自動(dòng)學(xué)習，糾正當下的加藥偏差，達到加藥精準穩定。即使出現人為誤操作，加藥實(shí)際值發(fā)生偏差，通過(guò)智能學(xué)習程序系統會(huì )自動(dòng)修正實(shí)際加藥量，恢復到設定的加藥量。

智能反饋功能可根據出水 SS 、 PH 等相關(guān)指標的高低來(lái)判斷加藥量是否合適，若實(shí)際出水監測值和設計值出現較大偏差，程序會(huì )自動(dòng)修正加藥量，達到合理的出水指標。

系統對比

1 、 降低藥耗，數據實(shí)時(shí)監控；

2 、 節省人工，支持遠程控制，實(shí)現無(wú)人值守；

3 、 精準投加，確保工藝段運行穩定；

智能實(shí)時(shí)控制系統，利用其內置的數學(xué)模型，以及精確穩定的在線(xiàn)監測儀表，能夠實(shí)現快速、準確、穩定的藥劑投加，不僅能夠明顯

消除由于進(jìn)水不穩定造成的出水 SS 波動(dòng)，削峰效果明顯，使出水 SS 穩定達標，而且在進(jìn)水 SS 較低時(shí)，可以自動(dòng)降低藥劑投加量或者間斷性加藥，極大地節省藥劑投加量。智能加藥系統穩定可靠、精準控制，為用戶(hù)降低管理成本及提升經(jīng)濟效益，具有廣闊的應用前景。

現場(chǎng)圖片

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