[發明專利]基于數據擬合方法的凈水廠PAC智能投加控制系統

有效

• 申請號: 201811250139.6
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109188998B
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 鐘平驥;秦偉;劉亞會;胡帥
• 申請（專利權）人: 成都市自來水有限責任公司
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉濤

1.基于數據擬合方法的凈水廠PAC智能投加控制系統，其特征在于：包括模型層、數據層和執行層；

模型層包括擬合函數生產器、插值器和投加量修整器；

數據層包括數據庫；

執行層包括組態軟件、異常處置裝置、PLC和執行器件；

擬合函數：

模型采用實驗室混凝沉淀數據的原水濁度-投加單耗作為大數據樣本，采用最小二乘法擬合出以原水濁度為參數，投加單耗的一元七次冪函數；

通過對大量數據在一元n次冪函數的擬合數據進行分析比較，并結合數據庫double類型數值的精度，選取了n＝7作為冪函數的指數；

在n＝7時，擬合結果與實驗室數據的誤差最小；一元七次冪函數的形式為：

質檢人員將實驗室每日生產模擬實驗的數據錄入到樣本數據表中；智能投加控制系統每天定時執行一次作業，生成新的擬合函數；作業從樣本表中讀取所有的濁度-單耗數據對，濁度為x、單耗為f(x)，將代入到冪函數中，可得到超定方程組Ax＝b如下：

A為系數矩陣，x為變量濁度矩陣，b為單耗矩陣，其中m為樣本表中讀取的數據對個數，7為冪函數指數，m>7+1；

首先求出系數矩陣的轉置矩陣C＝A^T，然后計算矩陣D＝CA和向量f＝Cb，得到正規方程組Dx＝f，進行高斯消元所得的解就是原Ax＝b的最小二乘解，即f(x)的系數a₀-a₇，最后將生成的新擬合函數的系數寫入在擬合函數系數表中存儲；

智能投加控制系統每五分鐘執行一次單耗生成程序；

單耗生成程序首先從擬合函數系數表中讀取最新的系數，生成當日的擬合函數；再從水質數據表中提取當前時刻的原水濁度數據，作為變量值代入到擬合函數中進行插值運算，計算值即為當前水質條件下的理論投加單耗；

智能投加控制系統根據實際進水量與平流沉淀池的額定水量關系，以及沉淀水濁度的反饋值，對理論投加單耗進行修正，修正值作為智能投加控制系統核心部分的輸出值寫入到投加量輸出表中；

調整函數為:

(1)

(2)

其中，f(x)表示擬合函數，uv表示上限控制值，lv表示下限控制值，ceiling()和floor()分別為上取整和下取整函數。

2.根據權利要求1所述的基于數據擬合方法的凈水廠PAC智能投加控制系統，其特征在于：數據庫的數據包括實驗數據、樣本數據表、原水濁度、擬合函數表、沉淀水濁度、進水開車情況和投加量輸出表。

3.根據權利要求1所述的基于數據擬合方法的凈水廠PAC智能投加控制系統，其特征在于：數據庫的數據由自控SE服務器通過DataLog的方式寫入，其中水質數據為5分鐘定時寫入，狀態數據為狀態變化時寫入。

4.根據權利要求1所述的基于數據擬合方法的凈水廠PAC智能投加控制系統，其特征在于：智能投加控制系統的模型層為Java程序，通過Timer類對作業進行定時調度執行。

5.根據權利要求1所述的基于數據擬合方法的凈水廠PAC智能投加控制系統，其特征在于：為解決水溫變化對單耗的影響，智能投加控制系統針對相同季節水溫變化范圍較小，可近似為一個常量；不同季節水溫范圍不同，則采取分段函數的方式來消除影響；智能系統共分為4個季節對應不同水溫下的不同水體情況，分別以4個季節的樣本擬合出了對應的4條冪函數。

6.根據權利要求1所述的基于數據擬合方法的凈水廠PAC智能投加控制系統，其特征在于：

智能投加控制系統的學習過程是通過樣本數據表隨著每日新樣本數據的增加，不斷包含新的原水濁度和投加單耗的關系，更新擬合函數曲線，使得模型部分輸出更接近于當前情況下的水質和投加單耗關系，從而達到學習的目的。

7.根據權利要求1所述的基于數據擬合方法的凈水廠PAC智能投加控制系統，其特征在于：

智能投加控制系統的執行層為自控PLC程序，在SE服務器中由VBA方式讀取數據庫指定表中的值；執行層獲取數據后，由自控程序發送指令到執行器件進行自動投加。