一、需求背景

2017 年年初，國家發(fā)改委發(fā)布了《“互聯(lián)網 + ”綠色生態(tài)三年行動實施方案》的通知，文中明確提出了“大力發(fā)展智慧環(huán)?！币螅@是智慧環(huán)保概念的首次提出。“智慧水務”是“智慧環(huán)?！备拍罹唧w到水務領域的體現(xiàn)，以更加精細和動態(tài)的方式管理水系統(tǒng)，具有可靠性高、功率小、運行成本低、實時性強等特點，有助于規(guī)范管理、節(jié)能降耗、減員增效。

我國水處理行業(yè)在經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化階段后，已基本實現(xiàn)了城鎮(zhèn)污水全處理（截止 2016 年底，全國城鎮(zhèn)污水處理率達 96% 以上），水處理廠均建設了設備自動化控制系統(tǒng)，大幅解放了勞動力。目前，行業(yè)正處于智能化轉型階段，利用無線傳感器網絡、數(shù)據庫技術和 3/4G 網絡，搭建水處理企業(yè)的數(shù)字化業(yè)務系統(tǒng)和數(shù)據庫，大大提高了信息存儲、查詢和回溯的效率，初步實現(xiàn)了業(yè)務管理的信息化，突破了水處理企業(yè)原有各工藝、各系統(tǒng)環(huán)節(jié)間的“數(shù)據孤島”，實現(xiàn)了數(shù)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(jié)的智能控制，絕大部分過程控制仍然依靠人工決策，難以將數(shù)據與精細化管理充分結合。

以混凝工藝為例，這是最常見、應用最廣泛的一種水處理工藝。其原理是通過向水中投加化學藥劑，破壞水中懸浮污染物電荷穩(wěn)定性，促使其團聚形成礬花后從水中沉淀去除。整個混凝反應過程受多種因素影響，包括水體污染程度、水中電荷分布、流場情況、溫度情況等等，并且反應過程存在滯后性，整個反應過程難以建立精確的數(shù)學模型，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、水質波動等問題。濁度 （ SS ） 反映水中懸浮顆粒物的濃度 ， 是反映水質的重要因素 ? 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影響時 ， 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物直接受 PH 值影響 ? PH 值影響水解產物的存在狀態(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(tǒng)中，為了除去或降低水中懸浮物，使其產生大顆粒的凝聚體，加快水中雜質和污泥沉降速度，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機絮凝劑、有機絮凝劑和復合絮凝劑 3 大類。為了保證加藥濃度、減輕工人勞動強度和降低藥劑成本，應用絮凝劑自動加藥工藝技術。

智能加藥系統(tǒng)應用實時控制理念、數(shù)值模擬分析技術及動態(tài)控制，按需加藥，實現(xiàn)出水水質穩(wěn)定達標，優(yōu)化污水處理廠運行，進一步實現(xiàn)可持續(xù)的穩(wěn)定達標與節(jié)能降耗。

二、智能加藥系統(tǒng)構成

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

首先通過前饋專家模型采集分析源水流量、濁度、 PH 值 等數(shù)據信息并快速建模，再利用人工神經網絡對模型進行深度學習，通過多步預測、滾動優(yōu)化和反饋校正識別出加藥量和變量之間的對應關系，最終得出最精準的藥劑投加量?；苍浦悄芗铀幭到y(tǒng)可通過軟件平臺對工藝過程進行全自動監(jiān)控、診斷，投藥全程自動化控制，設備故障自動進行切換控制；實現(xiàn)對設備運行、藥劑消耗、水質監(jiān)控等方面進行實時診斷、數(shù)據分析、故障預測及報警 。

投加系統(tǒng)包括用于檢測進水口水質的進水端 水質監(jiān)測儀器 、用于檢測出水口水質的 水質監(jiān)測儀器 、用于根據進水口水質和出水口水質計算投藥參數(shù)的控制裝置和用于根據投藥參數(shù)投藥的投藥裝置，進水端 水質監(jiān)測儀器 、出水端 水質監(jiān)測儀器 和投藥裝置均與控制裝置連接。通過進水端 水質監(jiān)測儀器 檢測進水口水質，出水端 水質監(jiān)測儀器 檢測出水口水質，控制裝置根據進水口的水質實時計算出投藥參數(shù)；同時根據相關標準定義的水質指標設定值和出水口水質實時修正投藥參數(shù)；實現(xiàn)了基于前饋和反饋復合的污水處理藥劑投加控制，具有控制過程反應迅速，投藥量調節(jié)精確的優(yōu)點，可以達到保證出水口水質的同時節(jié)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，經過攪拌器攪拌、熟化后，由計量泵將混合液外輸至加藥點 。

絮凝劑自動加藥工藝流程

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。此控制柜既可手動按鈕控制，也可與 PLC控制柜聯(lián)動控制。

三、自動加藥裝置

加藥設備示意圖

基安云智能加藥系統(tǒng)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(jié)根據出水出水 SS 濃度 、 PH 值 ，動態(tài)調節(jié)控制策略。前饋補償控制環(huán)節(jié)，實時監(jiān)測水質水量和工藝運行參數(shù)，利用尋優(yōu)模型算法，將采集數(shù)據與加藥量進行關聯(lián)控制，減少進水負荷變化對出水 SS 濃度 、 PH 值 結果的干擾和影響，同時降低甚至停止不必要的藥劑投加 。

系統(tǒng)組成：

1. 在線監(jiān)測儀表主要用于實時監(jiān)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(tǒng)；

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

3. 配套軟件系統(tǒng)的主要功能為：遠程控制、實時數(shù)據顯示、參數(shù)設定、報警顯示、趨勢查詢、權限管理等。

生產采用的干粉絮凝劑為每袋 25kg 的有機高分子助凝劑?，F(xiàn)場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(shù)。

目前在污水處理過程中，一般采用反饋控制的方法，可抑制外部擾動的影響，確保過程的穩(wěn)定性，并優(yōu)化經濟指標，反饋控制系統(tǒng)的組成包括被控過程、檢測器、變送器、控制器及執(zhí)行器。反饋控制具有對內部系統(tǒng)參數(shù)變化和外部環(huán)境干擾敏感度高的優(yōu)點。如果被控變量實際值與給定值發(fā)生偏離，控制系統(tǒng)就會立巧響應并校正偏差。因此反饋控制對無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：

１、通過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(wěn)定后的數(shù)值，又能克服前饋控制回路之外的各種擾動的影響；

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

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

三、系統(tǒng)原理及運行對比

智能加藥系統(tǒng)原理圖

智能投藥控制器算法結構

工藝流程圖

實際運行過程中，加藥系統(tǒng)可確保進水水量發(fā)生波動而加藥濃度依舊穩(wěn)定。

智能學習功能可根據歷史加藥數(shù)據自動學習，糾正當下的加藥偏差，達到加藥精準穩(wěn)定。即使出現(xiàn)人為誤操作，加藥實際值發(fā)生偏差，通過智能學習程序系統(tǒng)會自動修正實際加藥量，恢復到設定的加藥量。

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

系統(tǒng)對比

1 、 降低藥耗，數(shù)據實時監(jiān)控；

2 、 節(jié)省人工，支持遠程控制，實現(xiàn)無人值守；

3 、 精準投加，確保工藝段運行穩(wěn)定；

智能實時控制系統(tǒng)，利用其內置的數(shù)學模型，以及精確穩(wěn)定的在線監(jiān)測儀表，能夠實現(xiàn)快速、準確、穩(wěn)定的藥劑投加，不僅能夠明顯

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

現(xiàn)場圖片

現(xiàn)場圖片