一种智能配矾投矾方法及配矾浓度和液位的算法
【专利摘要】本发明公开了一种智能配矾投矾方法及配矾浓度和液位的算法，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，以PLC控制器为控制核心部件，采用工控机作为人机接口设备，自动进行配矾投矾。智能配矾投矾系统包括PLC控制器、自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀、原矾泵、原矾池、高位矾池、搅拌机、原矾管、进水管、原矾池液位计、高位矾池液位计和出矾管。本发明实现了加药系统的自动化，减轻了工人的劳动强度，提高了混凝剂的配置及投矾精度，有利于提高供水水质；使投药量更加准确、节约，实际控制效果更加智能。大大提高投矾系统的可靠性和安全性。保证了自来水厂实现节能降耗、增效，其经济和社会效益都十分显著。
【专利说明】一种智能配矾投矾方法及配矾浓度和液位的算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自来水生产【技术领域】，特别是一种智能配矾投矾方法及配矾浓度和液位的算法。
【背景技术】
[0002]常规的现代净水厂加矾工艺主要包括:絮凝剂的配置、投加、混合、反应、絮凝等。系统主要由自动配矾系统、投加系统等部分构成。
[0003]混凝是净水系统中最重要的处理工艺，也是制水成本的主要组成部分，混凝剂的投加量是否准确直接影响到水处理的全过程，另外，药剂的消耗费用也是制水成本的主要组成部分，加药和沉淀工序的效果直接影响着最终的出厂水水质和处理成本。
[0004]目前国内水厂配矾方式大多为人工配矾，由原矾池，高位矾池，手动调节阀，水射器，电子钟和加药管路组成。配矾以小计量池和电子钟为计量，原矾由泵和水射器加到高位矾池，再由化验室检测确定矾液浓度。[0005]加矾则通常采用计量泵投药或者重力+手动调节阀投药。
[0006]人工配矾，该配矾方方式需值班人员时刻注意配加液位，防止溢矾，且对矾液浓度难以控制。
[0007]计量泵投药方式，以计量泵的频率和冲程作为矾流量控制的间接控制参数，部分由流动电流仪进行反馈控制。计量泵投矾系统如图1所示。加药量可以更具经验得到自动控制，但控制精度不高，而且对值班人员的观测水平和现场工作经验要求比较高，设备所需维护量相对较大。同时据实际使用经验，流动电流仪反馈值在精度和稳定性方面有待提高，设备的故障率和维护工作较高；计量泵的频率和冲程与理论流量之间存在严重的非线性，当计量泵的隔膜劣化后，流量还将大大降低，危及生产安全。
[0008]重力+手动调节阀方式，通常配备相应的转子流量计作物投加量反馈，加药量可以精确控制。但这种方式需要加药工作人员凭经验估算投矾量，并只能在现场手动操作，使得投矾人员工作量很大，要时刻关注源水流量、浊度变化来调节阀门，并容易产生人为失误。
[0009]经检索，现有技术中，发明专利“自来水混凝投矾自动化控制算法”(CN101556458)公开了一种基于人工神经网络进行前馈控制和基于模糊反馈控制的自来水混凝投矾自动化控制算法，它包括:通过人工神经网络对投矾控制的过程参数进行学习，识别系统参数中间的内在对应关系，从而对芯的检测源水参数的控制值进行预测，然后通过模糊控制反馈的方法对预测值进行修正，最终得到一个符合需要的投矾控制量去控制计量泵工作，完成投矾控制的全过程。实用新型“一种自来水混凝投矾的执行机构”(CN201942549U)公开了一种自来水混凝投矾的执行机构，属于自动控制领域。所述执行机构设置在进矾管和出矾管之间，所述执行机构包括离心泵、电子式调节阀、流量控制器和流量计，所述离心泵的进口与所述进矾管相连，所述离心泵的出口经所述电子式调节阀及所述流量计连接至所述出矾管，所述电子式调节阀、所述流量控制器及所述流量计组成流量控制回路。本实用新型“重力自流投矾专用电子式调节阀”(CN201407362)公开了一种重力自流投矾专用电子式调节阀，它包括阀体，阀体内设阀座，阀杆穿过阀体并与之密封，阀杆前端连接阀芯，阀芯上端设水平限位及密封凸台，凸台下设密封柱塞，密封柱塞向下具有一个不大于2°的收缩角度；密封柱塞的移动行程25毫米> H > 16毫米；阀座上端面的密封孔孔径D < 10毫米。“自来水生产断矾自动应急处理装置”(CN201338959)本实用新型公开了一种自来水生产断矾自动应急处理装置，它包括矾溶液主供应泵，矾溶液辅助供应泵，与矾溶液主供应泵和/或矾溶液辅助供应泵连接联通的矾溶液供应管，矾溶液供应管上设有矾溶液流量计，矾溶液流量计的信号输出连接到可编程序自动化控制器；可编程序自动化控制器的信号输出端连接到矾溶液辅助供应泵的启闭控制端；可编程序自动化控制器用于对矾溶液主供应泵和矾溶液辅助供应泵动作的自动控制。“脉动式自动投矾机”(CN2551637)公开了一种能执行电信号的脉动式自动投矾机。压力水电磁阀安装在水射器的进水管道上，与清水阀并联；清水阀与清水电磁阀串联；手动调矾阀、流量计、止回阀三者顺序串联后与清水电磁阀并联，之后再与水射器连接；缓冲器水平安装在水射器的出液管道上。以上现有技术，均没有很好地克服自来水生产中配矾和加矾自动化程度低，工人的劳动强度大的弊端，有必要进一步加以改进。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是，提供一种智能配矾投矾方法及配矾浓度和液位的算法，其能克服自来水生产中配矾和加矾自动化程度低、工人的劳动强度大的弊端，提高混凝剂的配置及投矾精度，更好的应对源水水质变化，进一步提高供水的安全可靠性。
[0011]本发明采用的技 术方案是:
一种智能配矾投矾方法，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，以PLC控制器为控制核心部件，采用工控机或触摸屏作为人机接口设备，自动计算和控制矾液的液位、浓度、帆投加量；包括如下步骤:
步骤一:在PLC控制器控制下自动进行配矾，主要工艺如下:
(1)接通电源，打开PLC控制器，选择配矾模式；确定用于配矾的原矾池；
(2)记录当前高位帆池中的帆液浓度、液位；读取配帆设定浓度、设定液位；
(3)计算配矾浓度、配矾液位:通过PLC控制器，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，根据原矾和水的有关参数确定原矾和水的比例关系，计算出高位矾池中配矾液位、配矾浓度；
(4)启动原矾泵，将原矾从原矾池提升到高位矾池；
(5)读取高位矾池液位计的数值，待高位矾池中的原矾液位达到设定值后，停止原矾
栗;
(6)打开高位矾池上的进水管上的加水电磁阀放水，读取高位矾池液位计的数值,放水至高位矾池中的液位达到预定值，关闭加水电磁阀；
(7)启动搅拌机工作，进行搅拌，达到预定时间后，停止搅拌；
(8)完成配矾工作；
步骤二:在PLC控制器控制下自动进行投矾，主要工艺如下:
(I)根据源水的有关参数，通过PLC控制器，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，计算出矾耗和理论投加矾流量；
(2)选择控制模式，确定所需的矾投加量；
(3)开始投矾，通过PID控制程序、根据当前矾投加量和反馈信号控制自动调节阀开度，从而控制矾投加量；
(4)完成投矾工作。
[0012]在上述方法中，采用智能配矾投矾系统进行自动配矾投矾，所述智能配矾投矾系统包括PLC控制器、原矾池、原矾管、原矾泵、高位矾池、搅拌机、出矾管、自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀、进水管、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表和源水米样管；
通过原矾管连接好原矾池、原矾泵和高位矾池，通过出矾管连接好高位矾池、自动调节阀和电磁流量计，进水管连接好加水电磁阀和高位矾池；所述搅拌机安装在高位矾池上；所述源水流量仪表和源水浊度仪表安装在源水采样管上；所述原矾池安装有原矾池液位计，所述高位矾池安装有高位矾池液位计；所述加水电磁阀、原矾泵、搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、自动调节阀和电磁流量计均与PLC控制器电连接。
[0013]所述PLC控制器带有矾投加量计算与控制模块、矾液浓度计算模块、矾池液位控制模块等多种智能模块和PLC控制器带故障处理模块。所述故障处理模块包括信号异常处理模块；在设备出现问题时，故障处理模块及时报警，并记录报警信息，自动切换到正常配矾、投矾；当高位矾池液位计因干扰出现异常波动时，异常处理模块启动异常处理算法，及时修正干扰数据；当源水浊度仪或源水流量计出现故障时，故障处理模块及时报警，并启动应急投加程序，按照故障前历史数据投矾。
[0014]上述智能配矾投矾系统还包括安装在电气部分的手动控制箱、过滤器和反冲洗防堵阀门；所述过滤器和反冲洗防堵阀门安装在邻近高位矾池的出矾管上。
[0015]在上述智能配矾投矾方法中，所述配矾模式包括中控点动和PLC自动。
[0016]在上述智能配矾投矾方法中，所述搅拌机工作流程包括:
(1)选择搅拌机工作模式，选择PLC自动；
(2)确认搅拌机在远程位置、搅拌机无故障信号、搅拌机在PLC自动位置；
(3)开启程序，启动搅拌机；
(4)判断搅拌机是否有故障；
(5)计时器计时，五分钟后关闭搅拌机。
[0017]在上述智能配矾投矾方法中，计算配矾浓度(即稀释后的矾液浓度)时采用专用的浓度计算方法，所述配矾浓度计算方法包括:
(1)原帆栗开启；
(2)记录当前用 于配帆的原帆池原帆浓度、液位；
(3)采用下列公式计算配帆浓度:配帆浓度=原帆池原液位*原帆池原浓度*1300.0/(1300.0-3.0*当前原矾池浓度)+ (当前原矾池液位-原液位)*100.0*1.3)/(原矾池液位)*1300.0/ (1300.0-3.0*原矾池浓度)+ (原矾池当前液位_原矾池原液位)*1.3)。
[0018]在上述智能配矾投矾方法中，计算配矾液位时，采用下列公式计算需加入的原矾液位(即在高位矾池中，配矾时加入所需原矾后的液位与高位矾池中原有的矾液液位之差):需加入原矾液位=原矾池浓度设定值*配矾设定液/ (K1-3.0*配矾浓度设定值*10.0)-矾池当前浓度*当前帆池液位/(K1-3.0*当前帆池液位*10.0);(其中Kl为原帆比重系数)；所述矾耗计算采用下列公式:
当 NTU_Y〈=N1，计算矾耗(Kg/m3) =20.0-(N1_NTU_Y) *J1 ；
当 N1〈NTU_Y〈=N2，计算矾耗(Kg/m3) =20.0+(NTU_Y_N2) *J2
其中N1、N2、Jl、J2来自经验数据对应表，NTU代表浊度，NTU_Y表示源水浊度值；
根据矾耗计算出理论投加矾流量:
投加矾流量计算公式:
理论投加矾流量(L3)=计算矾耗*控制系数*Q矾(m3) *0.001*0.1*(K2_3.0*当前投加矾浓度)/Κ2/当前投加矾浓度；
当前投加矾耗(Kg/m3)=投加矾浓度*10.0*K2/ (Κ2-3.0*投加矾浓度)*当前投加矾流量*1000000.0/投加矾浓度；
(其中Κ2为矾比重系数，Q矾是指关于矾的电磁流量计读数)。
[0019]一种配矾浓度和液位 的算法，在自来水生产的配矾投矾工艺中，通过PLC控制器，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，根据原矾和水的有关参数确定原矾和水的比例关系，计算出高位矾池中配矾液位、配矾浓度。
[0020]上述配矾浓度和液位的算法，可以采用下列公式计算所需的配矾浓度:
配矾浓度=原矾池原液位*原矾池原浓度*1300.0/(1300.0-3.0*当前原矾池浓度)+ (当前原矾池液位-原液位)*100.0*1.3)/(原矾池液位)*1300.0/(1300.0-3.0*原矾池浓度)+ (原矾池当前液位-原矾池原液位)*1.3)。
[0021]上述配矾浓度和液位的算法，计算配矾液位时，采用下列公式计算需加入的原帆液位:需加入原帆液位=原帆池浓度设定值*配帆设定液/ (Κ1-3.0*配帆浓度设定值*10.0)-矾池当前浓度*当前矾池液位/ (Κ1-3.0*当前矾池液位*10.0);(其中Kl为原矾比重系数)。
[0022]本发明还提供一种智能配矾投矾系统的安装方法，所述智能配矾投矾系统包括一体式配矾投矾控制柜、原矾池、高位矾池、搅拌机、原矾管、阀门、进水管、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、源水采样管、出矾管和手动控制箱；
所述一体式配矾投矾控制柜包括柜体、位于柜体上部的电气部分和位于柜体下部的管路设备部分，所述电气部分包括PLC控制器、电气元件、触摸屏，所述触摸屏安装在柜体表面；所述管路设备部分包括自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵；
通过原矾管依次连接好原矾池、原矾泵、阀门和高位矾池，通过出矾管依次连接好高位矾池、自动调节阀和电磁流量计，进水管依次连接好加水电磁阀和高位矾池；所述搅拌机安装在高位矾池上；所述源水流量仪表和源水浊度仪表安装在源水采样管上；所述原矾池安装有原矾池液位计，所述高位矾池安装有高位矾池液位计；所述加水电磁阀、原矾泵、搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、自动调节阀和电磁流量计均与PLC控制器电连接；
具体安装步骤包括:
步骤一:准备好原帆池、高位帆池；
步骤二:安装一体式配矾投矾控制柜:预装好PLC控制器中的控制程序，包括自动计算矾液浓度的浓度计算程序、自动计算和控制矾投加量的程序、故障处理模块；将PLC控制器、触摸屏、电气元件、手动控制箱安装到柜体内的上部，其中，触摸屏安装到柜体表面，将自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵安装到柜体内的下部，用出矾管连接好自动调节阀和电磁流量计；用电线把加水电磁阀、原矾泵、自动调节阀和电磁流量计与PLC控制器连接好； 步骤三:用原矾管依次连接好原矾池、控制柜中的原矾泵、阀门和高位矾池，用出矾管依次连接好高位矾池、控制柜中的自动调节阀和电磁流量计，用进水管依次连接好控制柜中的加水电磁阀和高位矾池；
步骤四:将搅拌机安装到高位矾池上；将源水流量仪表和源水浊度仪表安装到源水采样管上；在原矾池上安装好原矾池液位计，在高位矾池安装好高位矾池液位计；
步骤五:将搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表与PLC控制器电连接；将搅拌机、原矾泵与手动控制箱之间的控制线路分别连接好；
步骤六:在出矾管和原矾管中安装好阀门，在邻近高位矾池的出矾管上安装好过滤器和反冲洗防堵阀门；
步骤七:进行调试，完成安装。
[0023]本发明的有益效果是:
1.相比较过去加矾人工控制的模式，通过投药控制算法，实现加药系统的自动化，减轻了工人的劳动强度，提高了混凝剂的配置及投矾精度，有利于提高供水水质。
[0024]2.相比较过去依靠操作人员的技术与经验的方法，通过建立在各种条件环境变化下的投矾量数据库，使投药量更加准确，节约，实际控制效果更加智能。
[0025]3.相比较过去人工巡视的方法，通过建立数据，设备运行状态的工控机(触摸屏)报警和视频监控系统，大大提高投矾系统的可靠性和安全性。
[0026]4.保证了自来水厂实现节能降耗、增效和生产安全，其经济和社会效益都十分显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是现有技术中的计量泵投矾系统；
图2是智能配矾投矾系统(不带一体式智能配矾投矾控制柜)各组成部分连接方式示意
图；
图3是一体式智能配矾投矾控制柜的结构示意图；
图4是本发明配矾投矾系统(带一体式智能配矾投矾控制柜)各组成部分连接方式示意图。
[0028]图中:1、原矾池，2、电动阀，3、手动检修阀，4、原矾管，5、加水电磁阀，6、止回阀，7、原矾泵，8、高位矾池，9、出矾管，10、电磁流量计，11、自动调节阀，12、PLC控制器，13、触摸屏，14、柜体。
【具体实施方式】
[0029]本发明以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，PLC为控制核心部件，采用工控机或触摸屏作为人机接口设备，结合配矾、投矾等系统设备进行配矾投矾。[0030]如图2所示,智能配帆投帆系统包括PLC控制器、原帆池1、电动阀2、手动检修阀3、原矾管4、加水电磁阀5、止回阀6、原矾泵7、高位矾池8、出矾管9、电磁流量计10、自动调节阀11、搅拌机、进水管、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、源水采样管。(部分设备在图中未画出)
通过原矾管依次连接好原矾池、电动阀、手动检修阀、原矾泵、止回阀和高位矾池，通过出矾管依次连接好高位矾池、自动调节阀和电磁流量计；进水管依次连接好加水电磁阀和高位矾池；所述搅拌机安装在高位矾池上；所述源水流量仪表和源水浊度仪表安装在源水采样管上；所述原矾池安装有原矾池液位计，所述高位矾池安装有高位矾池液位计；所述加水电磁阀、原矾泵、搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、自动调节阀和电磁流量计均与PLC控制器电连接。原矾管、出矾管、进水管和源水采样管等各种管线的具体布置可结合实际需要确定。[0031]所述原矾泵包括1#原矾泵和2#原矾泵；所述原矾池包括1#原矾池、2#原矾池和3#原矾池，所述高位矾池包括1#高位矾池和2#高位矾池。
[0032]PLC控制器带故障处理模块。在设备出现问题时(比如原矾泵、电磁阀、调节阀、加矾流量计)将及时报警，并记录报警信息，控制柜会自动切换到无故障的一路(预设有2路)，保障正常配矾、投矾。故障处理模块自带信号异常处理模块，当高位矾池液位计因干扰出现异常波动时，启动异常处理算法，根据上矾或上水的趋势能及时修正干扰数据保障配矾的正常和浓度值的精准。当源水浊度仪或源水流量计出现故障时，控制柜及时报警，并启动应急投加程序，在短时间内按照故障前历史数据投矾，确保水厂不会出现断矾的情况，保障了水厂的安全供水。
[0033]配矾控制以PLC为核心组成，对于每个控制对象(阀或泵)都有现场手动、远程点动、自动运行模式，便于设备的安装调试和维修。
[0034]以下对组成部分作进一步说明。
[0035]原矾泵:用于将原矾送至高位矾池与水混合进行稀释配药。该设备设置2台(一用一备)
原矾液位计:记录消耗的原矾量，数据参与配矾公式计算，并由控制系统提示值班人员。
[0036]加水电磁阀:控制加水，对原矾进行稀释。
[0037]高位矾池液位计:测定高位矾池液位，由配矾算法计算出投加原矾的液位高和配水的液位高，通过液位信号控制矾泵和加水电磁阀的动作。
[0038]高位矾池:即稀释矾池，贮存稀释矾液，矾液从原矾池用提升泵提升到高位矾池稀释，搅拌机进行搅拌，搅拌机可远程或者现场控制。
[0039]自动配矾流程及操作说明:
1.配帆模式选择(中控点动/PLC自动)
2.若选择PLC自动，则判断以下条件是否成立:
1#原矾提升泵在远程位置、1#原矾泵无故障、电磁在远程位置、上位机界面配矾系统在PLC自动位置、1#高位矾池液位计无故障、原矾池液位大于下限、1#矾池未在配矾状态；2#原矾提升泵在远程位置、2#原矾泵无故障、电磁在远程位置、上位机界面配矾系统在PLC自动位置、2#高位矾池液位计无故障、原矾池液位大于下限、2#矾池未在配矾状态；3.不成立则设备故障报警，上位机提示切换原矾池；成立则1#、2#矾池准备好。
[0040]4.配矾开始，设定是否切换矾池(默认切换)
5.记录当前高位帆池浓度、液位(mm)、读取配帆设定浓度、设定液位(mm)。
[0041]6.计算需加入原矾液位(即在高位矾池中，配矾时加入所需原矾后的液位与高位矾池中原有的矾液液位之差):需加入原矾液位=原矾池浓度设定值*配矾设定液/(K1-3.0*配矾浓度设定值*10.0)-矾池当前浓度*当前矾池液位/(K1-3.0*当前矾池液位*10.0)；(其中Kl为原帆比重系数)。
[0042]7.判断加入原矾高度是否在正常值范围内(大于O且小于设定液位)是则启动原矾泵，否则回到步骤2。
[0043]8.判断是否有矾池故障。是则回到步骤2，否则进行下一步。
[0044]9.判断液位是否达到加入原矾液位，是则进行下一步，否则:
若计时器计时判定液位无变化，则提示原矾管道报警，返回步骤2。
[0045]10.停止原矾泵，打开加水电磁阀。
[0046]11.判断是否达到设定液位，是则进行下一步，否则:
若计时器计时判定液 位无变化，则提示加水管道报警，返回步骤2。
[0047]12.关闭加水电磁阀。
[0048]13.搅拌机开启程序。
[0049]14.结束。
[0050]关于搅拌机工作模式选择:
1.选择搅拌机工作模式(中控点动/PLC自动)，若选择PLC自动则进行下一步。
[0051]2.确认搅拌机在远程位置、搅拌机无故障信号、搅拌机在PLC自动位置。
[0052]3.以下任一情况下进入下一步:
⑴高位矾池液位大于0.8米，30分钟间隔。
[0053]⑵配帆后自动启动。
[0054]4.搅拌机开启程序。
[0055]5.启动搅拌机。
[0056]6.搅拌机故障判断:是则上位机报警，否则进入下一步；
7.计时器计时、5分钟后关闭搅拌机。
[0057]关于配矾浓度(即稀释后的矾液浓度)计算方法:
1.原帆栗开启；
2.记录当前高位帆池浓度、液位；
3.计算配帆浓度:配帆浓度=帆池原液位*帆池原浓度*1300.0/ (1300.0-3.0*当前矾池浓度)+ (当前矾池液位-原液位)*100.0*1.3) / (原矾池液位)*1300.0/ (1300.0-3.0*原帆池浓度)+ (帆池当前液位-帆池原液位)*1.3)。
[0058]投矾系统主要由PLC控制器、高位矾池(高位)、自动调节阀、电磁流量计、矾池液位计、源水流量仪表、浊度仪表和手动控制箱组成。
[0059]以下对组成部分作进一步说明。
[0060]自动调节阀:控制矾液的投加量，控制方式为对药剂流量的检测以及流量负反馈进行调节。可远程和现场手动进行控制。[0061]电磁流量计:读取投加矾液流量，同时给调节阀反馈信号。
[0062]高位矾池液位计:测定高位矾池液位，数据参与加矾程序计算和报警。
[0063]源水流量仪表和源水浊度仪表:装于源水采样管上，数据参与程序计算 手动控制箱:在本地情况下可现场手动控制原矾泵、铁泵和搅拌机。
[0064]自动投矾操作流程是:
1.根据当前源水浊度计算出矾耗。
[0065]矾耗计算采用下列公式:
当 NTU_Y〈=N1，计算矾耗(Kg/m3) =20.0-(N1_NTU_Y) *J1 ；
当 N1〈NTU_Y〈=N2，计算矾耗(Kg/m3) =20.0+(NTU_Y_N2) *J2
其中N1、N2、Jl、J2来自经验数据对应表，NTU代表浊度，NTU_Y表示源水浊度值。
[0066]2.根据矾耗计算出理论投加矾流量。
[0067]投加矾流量计算公式:
理论投加矾流量(L3)=计算矾耗*控制系数*Q矾(m3) *0.001*0.1*(K2_3.0*当前投加矾浓度)/Κ2/当前投加矾浓度；
当前投加矾耗(Kg/m3)=投加矾浓度*10.0*K2/ (Κ2-3.0*投加矾浓度)*当前投加矾流量*1000000.0/投加矾浓度；
(其中Κ2为矾比重系数，Q矾是指关于矾的电磁流量计读数)。
[0068]3.选择控制模式:
中控点动一手动设置矾投加量；
PLC自动一程序计算出理论投加量；
4.上位机显示“当前所需的矾投加量”；
5.PID控制程序根据当前矾投加量和反馈信号控制自动调节阀开度，从而控制矾投加
量;
6.上位机显示“调节阀开度”；
7.若10分钟内无法调节到指定流量，上位机报警“调节阀故障”:⑴可能是管道堵塞； ⑵调节阀故障不动作；
8.定时常开程序(防止调节阀堵塞)；
9.小流量保持程序(防止在更换机组时出现断矾情况)；
一种智能配矾投矾系统的安装方法。所述智能配矾投矾系统包括一体式配矾投矾控制柜、原矾池、高位矾池、搅拌机、原矾管、阀门、进水管、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、源水采样管、出矾管和手动控制箱。
[0069]如图3、图4所示，所述一体式配矾投矾控制柜包括柜体14、位于柜体上部的电气部分和位于柜体下部的管路设备部分，所述电气部分包括PLC控制器12、电气元件、触摸屏13，所述触摸屏安装在柜体表面；所述管路设备部分包括自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵；柜体底部安装连接有各种接头:原矾管接头、进水管接头、出矾管接头、配水混合井接头和沉淀池接头；所述电磁流量计通过管道连接出矾管接头，所述自动调节阀通过管道分别连接配水混合井接头和沉淀池接头(方便连接出矾管将配好的原矾送至投加点)，所述加水电磁阀通过水管连接进水管接头，所述原矾泵通过管道连接原矾管接头。(其中，图3中的自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵即是将图2中的自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵一体化集成安装到控制柜柜体中，再用管路连接原相应设备)。上述智能配矾投矾方法中采用的智能配矾投矾系统也可以采用此控制柜模式:即将PLC控制器、电气元件、触摸屏、自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵等一体式集成安装到同一柜体中组成一体式配矾投矾控制柜。
[0070]用原矾管依次连接好原矾池、原矾泵、阀门和高位矾池，用出矾管依次连接好高位矾池、自动调节阀和电磁流量计，用进水管依次连接好加水电磁阀和高位矾池；所述搅拌机安装在高位矾池上；所述源水流量仪表和源水浊度仪表安装在源水采样管上；所述原矾池安装有原矾池液位计，所述高位矾池安装有高位矾池液位计；所述触摸屏、加水电磁阀、原矾泵、搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、自动调节阀和电磁流量计均与PLC控制器电连接。
[0071]所述智能配矾投矾系统的安装方法包括如下步骤:
步骤一:准备好原帆池、高位帆池；
步骤二:安装一体式配矾投矾控制柜:预装好PLC控制器中的控制程序，包括自动计算矾液浓度的浓度计算程序、自动计算和控制矾投加量的程序；将PLC控制器、触摸屏、电气元件、手动控制箱安装到柜体内的上部，其中，触摸屏安装到柜体表面，将自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵安装到柜体内的下部，用出矾管连接好自动调节阀和电磁流量计；用电线把加水电磁阀、原矾泵、自动调节阀和电磁流量计与PLC控制器连接好；
步骤三:用原矾管依次连接好原矾池、控制柜中的原矾泵、阀门和高位矾池，用出矾管依次连接好高位矾 池、控制柜中的自动调节阀和电磁流量计，用进水管依次连接好控制柜中的加水电磁阀和高位矾池；
步骤四:将搅拌机安装到高位矾池上；将源水流量仪表和源水浊度仪表安装到源水采样管上；在原矾池上安装好原矾池液位计，在高位矾池安装好高位矾池液位计；
步骤五:将搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表与PLC控制器电连接；将搅拌机、原矾泵与手动控制箱之间的控制线路分别连接好；
步骤六:在出矾管和原矾管中安装好阀门，在邻近高位矾池的出矾管上安装好过滤器和反冲洗防堵阀门；
步骤七:进行调试，完成安装。
[0072]—体式配矾投矾控制柜的的大小和具体安装位置可结合实际需要确定后，再通过管线连接其他设备，原矾管、出矾管、进水管和源水采样管等各种管线的具体安排和布置可结合实际需要确定。
[0073]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种智能配矾投矾方法，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，以PLC控制器为控制核心部件，采用工控机或触摸屏作为人机接口设备，自动计算和控制矾液的液位、浓度、帆投加量；包括如下步骤: 步骤一:在PLC控制器控制下自动进行配矾，主要工艺如下: (1)接通电源，打开PLC控制器，选择配矾模式；确定用于配矾的原矾池； (2)记录当前高位帆池中的帆液浓度、液位；读取配帆设定浓度、设定液位； (3)计算配矾浓度、配矾液位:通过PLC控制器，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，根据原矾和水的有关参数确定原矾和水的比例关系，计算出高位矾池中配矾液位、配矾浓度； (4)启动原矾泵，将原矾从原矾池提升到高位矾池； (5)读取高位矾池液位计的数值，待高位矾池中的原矾液位达到设定值后，停止原矾栗; (6)打开高位矾池上的进水管上的加水电磁阀放水，读取高位矾池液位计的数值,放水至高位矾池中的液位达到预定值，关闭加水电磁阀； (7)启动搅拌机工作，进行搅拌，达到预定时间后，停止搅拌； (8)完成配矾工作； 步骤二:在PLC控制器控制下自动进行投矾，主要工艺如下: (1)根据源水的有关参数，通过PLC控制器，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，计算出矾耗和理论投加矾流量； (2)选择控制模式，确定所需的矾投加量； (3)开始投矾，通过PID控制程序、根据当前矾投加量和反馈信号控制自动调节阀开度，从而控制矾投加量； (4)完成投矾工作。
2.根据权利要求1所述的智能配矾投矾方法，其特征是，采用智能配矾投矾系统进行自动配矾投矾，所述智能配矾投矾系统包括PLC控制器、原矾池、原矾管、原矾泵、高位矾池、搅拌机、出矾管、自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀、进水管、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表和源水采样管； 通过原矾管连接好原矾池、原矾泵和高位矾池，通过出矾管连接好高位矾池、自动调节阀和电磁流量计，进水管连接好加水电磁阀和高位矾池；所述搅拌机安装在高位矾池上；所述源水流量仪表和源水浊度仪表安装在源水采样管上；所述原矾池安装有原矾池液位计，所述高位矾池安装有高位矾池液位计；所述加水电磁阀、原矾泵、搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、自动调节阀和电磁流量计均与PLC控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的智能配矾投矾方法，其特征是，所述PLC控制器带有矾投加量计算与控制模块、矾液浓度计算模块、矾池液位控制模块和故障处理模块。
4.根据权利要求3所述的智能配矾投矾方法，其特征是，所述故障处理模块包括信号异常处理模块；在设备出现问题时，故障处理模块及时报警，并记录报警信息，自动切换到正常配矾、投矾；当高位矾池液位计因干扰出现异常波动时，异常处理模块启动异常处理算法，及时修正干扰数据；当源水浊度仪或源水流量计出现故障时，故障处理模块及时报警，并启动应急投加程序，按照故障前历史数据投矾。
5.根据权利要求2所述的智能配矾投矾方法，其特征是，还包括安装在电气部分的手动控制箱、过滤器和反冲洗防堵阀门；所述过滤器和反冲洗防堵阀门安装在邻近高位矾池的出帆管上；所述配帆模式包括中控点动和PLC自动。
6.根据权利要求1或2所述的智能配矾投矾方法，其特征是，所述搅拌机工作流程包括: (1)选择搅拌机工作模式，选择PLC自动； (2)确认搅拌机在远程位置、搅拌机无故障信号、搅拌机在PLC自动位置； (3)开启程序，启动搅拌机； (4)判断搅拌机是否有故障； (5 )计时器计时，五分钟后关闭搅拌机。
7.根据权利要求1或2所述的智能配矾投矾方法，其特征是， 计算配矾浓度时采用专用的浓度计算方法，所述浓度计算方法包括: (1)原帆栗开启； (2)记录当前用于配帆的原帆池原帆浓度、液位； (3)采用下列公式计算配帆浓度:配帆浓度=原帆池原液位*原帆池原浓度*1300.0/(1300.0-3.0*当前原矾池浓度)+ (当前原矾池液位-原液位)*100.0*1.3)/(原矾池液位)*1300.0/ (1300.0-3.0*原矾池浓度)+ (原矾池当前液位_原矾池原液位)*1.3)； 计算配帆液位时，采用下列公式计算需加入的原帆液位:需加入原帆液位=原帆池浓度设定值*配矾设定液/ (K1-3.0*配矾浓度设定值*10.0)-矾池当前浓度*当前矾池液位/(K1-3.0*当前帆池液位*10.0);(其中Kl为原帆比重系数)； 所述矾耗计算采用下列公式:
当 NTU_Y〈=N1，计算矾耗(Kg/m3) =20.0-(N1_NTU_Y) *J1 ；
当 N1〈NTU_Y〈=N2，计算矾耗(Kg/m3) =20.0+(NTU_Y_N2) *J2 其中N1、N2、Jl、J2来自经验数据对应表，NTU代表浊度，NTU_Y表示源水浊度值； 根据矾耗计算出理论投加矾流量: 投加矾流量计算公式: 理论投加矾流量(L3)=计算矾耗*控制系数*Q矾(m3) *0.001*0.1*(K2_3.0*当前投加矾浓度)/Κ2/当前投加矾浓度； 当前投加矾耗(Kg/m3)=投加矾浓度*10.0*K2/ (Κ2-3.0*投加矾浓度)*当前投加矾流量*1000000.0/投加矾浓度， 其中Κ2为矾比重系数，Q矾是指关于矾的电磁流量计读数。
8.一种配矾浓度和液位的算法，其特征是，在自来水生产的配矾投矾工艺中，通过PLC控制器，以智能配矾投矾系统经验数据库、智能算法为基础，根据原矾和水的有关参数确定原矾和水的比例关系，计算出高位矾池中配矾液位、配矾浓度。
9.根据权利要求8所述的配矾浓度和液位的算法，其特征是， 采用下列公式计算所需的配矾浓度: 配矾浓度=原矾池原液位*原矾池原浓度*1300.0/(1300.0-3.0*当前原矾池浓度)+ (当前原矾池液位-原液位)*100.0*1.3)/(原矾池液位)*1300.0/(1300.0-3.0*原矾池浓度)+ (原矾池当前液位-原矾池原液位)*1.3)； 计算配帆液位时，采用下列公式计算需加入的原帆液位:需加入原帆液位=原帆池浓度设定值*配矾设定液/ (K1-3.0*配矾浓度设定值*10.0)-矾池当前浓度*当前矾池液位/(K1-3.0*当前帆池液位*10.0),其中Kl为原帆比重系数。
10.一种智能配矾投矾系统的安装方法， 所述智能配矾投矾系统包括一体式配矾投矾控制柜、原矾池、高位矾池、搅拌机、原矾管、阀门、进水管、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、源水采样管、出矾管和手动控制箱； 所述一体式配矾投矾控制柜包括柜体、位于柜体上部的电气部分和位于柜体下部的管路设备部分，所述电气部分包括PLC控制器、电气元件、触摸屏，所述触摸屏安装在柜体表面；所述管路设备部分包括自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵； 通过原矾管依次连接好原矾池、原矾泵、阀门和高位矾池，通过出矾管依次连接好高位矾池、自动调节阀和电磁流量计，进水管依次连接好加水电磁阀和高位矾池；所述搅拌机安装在高位矾池上；所述源水流量仪表和源水浊度仪表安装在源水采样管上；所述原矾池安装有原矾池液位计，所述高位矾池安装有高位矾池液位计；所述加水电磁阀、原矾泵、搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表、自动调节阀和电磁流量计均与PLC控制器电连接； 具体安装步骤包括 : 步骤一:准备好原帆池、高位帆池； 步骤二:安装一体式配矾投矾控制柜:预装好PLC控制器中的控制程序，包括自动计算矾液浓度的浓度计算程序、自动计算和控制矾投加量的程序、故障处理模块；将PLC控制器、触摸屏、电气元件、手动控制箱安装到柜体内的上部，其中，触摸屏安装到柜体表面，将自动调节阀、电磁流量计、加水电磁阀和原矾泵安装到柜体内的下部，用出矾管连接好自动调节阀和电磁流量计；用电线把加水电磁阀、原矾泵、自动调节阀和电磁流量计与PLC控制器连接好； 步骤三:用原矾管依次连接好原矾池、控制柜中的原矾泵、阀门和高位矾池，用出矾管依次连接好高位矾池、控制柜中的自动调节阀和电磁流量计，用进水管依次连接好控制柜中的加水电磁阀和高位矾池； 步骤四:将搅拌机安装到高位矾池上；将源水流量仪表和源水浊度仪表安装到源水采样管上；在原矾池上安装好原矾池液位计，在高位矾池安装好高位矾池液位计； 步骤五:将搅拌机、原矾池液位计、高位矾池液位计、源水流量仪表、源水浊度仪表与PLC控制器电连接；将搅拌机、原矾泵与手动控制箱之间的控制线路分别连接好； 步骤六:在出矾管和原矾管中安装好阀门，在邻近高位矾池的出矾管上安装好过滤器和反冲洗防堵阀门； 步骤七:进行调试，完成安装。
【文档编号】C02F1/52GK103910422SQ201410138833
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】陈钢, 张文亮, 余峥, 王 琦 申请人:湖南华亿电子工程有限公司