本發(fā)明涉及濾池自動(dòng)控制，尤其涉及一種濾池運(yùn)行優(yōu)化智能控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、過濾是水處理工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。給水工程中的濾池，濾池濾水運(yùn)行時(shí)，在工作周期內(nèi)隨著濾料層截污量的增加，濾料的孔隙率不斷減少，污泥滲透度加深，對(duì)水流的阻力增大，致使濾速下降，濾池水位逐漸上升，濾后水濁度升高。

2、現(xiàn)有技術(shù)cn116585767a公開了用于v型濾池的反沖洗自動(dòng)控制方法，包括：通過出水調(diào)節(jié)閥監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)濾池本體的清水閥開度；通過濾池液位計(jì)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)濾池本體的濾池液位；在清水閥開度大于堵塞閾值且濾池液位大于第一液位閾值時(shí)，判定對(duì)應(yīng)的濾池本體堵塞；發(fā)送控制信號(hào)至閥門控制器控制啟動(dòng)反沖洗程序。通過采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和超聲波液位計(jì)進(jìn)行濾池的出水的聯(lián)動(dòng)控制，通過根據(jù)濾池堵塞程度作為反沖觸發(fā)的依據(jù)，可以根據(jù)不同的水質(zhì)變化系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行反沖周期調(diào)整，保證濾池在一個(gè)良性的運(yùn)行工況。

3、但現(xiàn)階段濾池的反沖洗參數(shù)多數(shù)為員工基于工作經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的固定值，但在反沖洗過程中，由于水質(zhì)波動(dòng)等原因，固定的反沖洗周期降低了濾池運(yùn)行的靈活性，同時(shí)也會(huì)增加濾池反沖洗過程中的能耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決背景技術(shù)中的問題，而提出的一種濾池運(yùn)行優(yōu)化智能控制系統(tǒng)及控制方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種濾池運(yùn)行優(yōu)化智能控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)端、參數(shù)分析端、優(yōu)化分析端以及運(yùn)行控制端；

4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)端，用于對(duì)濾池的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并生成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其中，運(yùn)行參數(shù)包括阻塞值、濾后濁度值、初濾水濁度以及運(yùn)行能耗，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)端與參數(shù)分析端之間為單向通信連接；

5、參數(shù)分析端，用于對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過設(shè)置前置時(shí)間，對(duì)反沖洗的前置時(shí)間內(nèi)的阻塞值和濾后濁度值進(jìn)行計(jì)算，確定前置時(shí)間的前置運(yùn)行系數(shù)，之后對(duì)反沖洗后的濾后水濁度進(jìn)行分析，確定濁度變化函數(shù)，之后對(duì)濁度變化函數(shù)進(jìn)行導(dǎo)數(shù)運(yùn)算，得到穩(wěn)定濁度值，之后根據(jù)濾后濁度值達(dá)到穩(wěn)定濁度值的時(shí)間過程，設(shè)置周期時(shí)間，并采集周期時(shí)間內(nèi)的周期運(yùn)行能耗，基于周期運(yùn)行能耗與前置運(yùn)行系數(shù)，確定能耗函數(shù)，之后參數(shù)分析端將能耗函數(shù)傳輸至優(yōu)化分析端；

6、優(yōu)化分析端，用于根據(jù)穩(wěn)定濁度值至前置運(yùn)行系數(shù)之間的過濾時(shí)間，確定目標(biāo)運(yùn)行周期，同時(shí)設(shè)置第一運(yùn)行時(shí)段，將第一運(yùn)行時(shí)段除以目標(biāo)運(yùn)行周期，得到時(shí)段沖洗系數(shù)，將時(shí)段沖洗系數(shù)與能耗函數(shù)進(jìn)行結(jié)合，確定綜合周期能耗，根據(jù)綜合周期能耗的能耗曲線，識(shí)別能耗曲線中的最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的前置運(yùn)行系數(shù)，并作為濾池的沖洗觸發(fā)值，之后優(yōu)化分析端將沖洗觸發(fā)值傳輸至運(yùn)行控制端；

7、運(yùn)行控制端，用于根據(jù)沖洗觸發(fā)值，對(duì)濾池的阻塞值和濾后濁度值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，并計(jì)算前置運(yùn)行系數(shù)，若前置運(yùn)行系數(shù)大于等于沖洗觸發(fā)值時(shí)，則生成反沖洗信號(hào)，并控制濾池進(jìn)行反沖洗動(dòng)作。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，前置運(yùn)行系數(shù)的計(jì)算方法包括：

9、設(shè)置前置時(shí)間，以濾池中反沖洗開始時(shí)間為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，識(shí)別前置時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)以及能耗參數(shù)，其中，前置時(shí)間指濾池中開始進(jìn)行反沖洗前的時(shí)間片段；

10、提取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中所有的反沖洗時(shí)段內(nèi)的信息參數(shù)以及前置時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)，先取前置時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)，利用公式得到前置運(yùn)行系數(shù)qxi；

11、其中，i表示不同的反沖洗過程，且i∈[1，i]，i表示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中共存在i次反沖洗過程，zsi表示反沖洗過程i的前置時(shí)間中的阻塞值，lbi表示反沖洗過程i的前置時(shí)間中的濾后濁度值，和均為比例系數(shù)。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，濁度變化函數(shù)的計(jì)算方法包括：

13、設(shè)置單位間隔時(shí)間，將濾后水濁度按照單位間隔時(shí)間分別標(biāo)記為hzj，j表示不同的單位間隔時(shí)間所采集的濾后水濁度；

14、以時(shí)間為自變量，將濾后水濁度作為因變量，同時(shí)所有反沖洗時(shí)段的濾后水濁度作為試驗(yàn)組，并利用人工智能算法進(jìn)行線性擬合，得到濾后水濁度的濁度變化函數(shù)f1：，其中，b1和b2均為常數(shù)系數(shù)，且b1＞0，為指數(shù)因子，cs為初濾水濁度，tj為濾后水濁度的變化時(shí)間。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，穩(wěn)定濁度值的計(jì)算方法包括：

16、對(duì)濁度變化函數(shù)f1進(jìn)行二次導(dǎo)數(shù)運(yùn)算，并將導(dǎo)數(shù)運(yùn)算后的結(jié)果標(biāo)記為趨勢(shì)變化值f（tj），其中，，表示二次導(dǎo)數(shù)；

17、取趨勢(shì)變化值f（tj）＞0時(shí)，對(duì)應(yīng)沖洗時(shí)段tj的區(qū)間，并標(biāo)記為趨向區(qū)間，之后再取濁度變化函數(shù)f1的一次導(dǎo)數(shù)，即，其中，表示一次導(dǎo)數(shù)；

18、取濁度變化函數(shù)f1的一次導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值，并在趨向區(qū)間內(nèi)，取絕對(duì)值的最小值，并獲取絕對(duì)值最小值對(duì)應(yīng)的沖洗時(shí)段tj，然后將此沖洗時(shí)段tj代入原濁度變化函數(shù)f1中，并將所得到的濾后水濁度標(biāo)記為穩(wěn)定濁度值wz。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，能耗函數(shù)的確定方法包括：

20、任意選擇一個(gè)反沖洗過程作為目標(biāo)運(yùn)行過程，將目標(biāo)沖洗過程中的前置時(shí)間的開始時(shí)段作為起始時(shí)間點(diǎn)，將反沖洗完成后，濾后水濁度達(dá)到穩(wěn)定濁度值的時(shí)間作為終止時(shí)間點(diǎn)，然后將起始時(shí)間點(diǎn)和終止時(shí)間點(diǎn)作為一個(gè)周期時(shí)間，對(duì)此周期時(shí)間中的運(yùn)行能耗進(jìn)行采集，并標(biāo)記為周期運(yùn)行能耗gzi；

21、獲取每次反沖洗時(shí)的前置過濾水量fwi以及周期時(shí)間內(nèi)的總過濾水量twi，同時(shí)對(duì)每次反沖洗時(shí)的反沖洗能耗進(jìn)行記錄，并標(biāo)記為rbi；

22、將每個(gè)反沖洗過程中的前置運(yùn)行系數(shù)qxi、前置過濾水量fwi、總過濾水量twi、反沖洗能耗rbi與周期運(yùn)行能耗gzi作為一個(gè)數(shù)據(jù)組，將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中所有反沖洗過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，共得到i個(gè)數(shù)據(jù)組，然后將i個(gè)數(shù)據(jù)組作為試驗(yàn)組，并利用人工智能進(jìn)行仿真運(yùn)算，得到能耗函數(shù)：，其中，b3為常數(shù)系數(shù)，為指數(shù)，g0為基準(zhǔn)能耗，f（fwi，twi）為水量過濾函數(shù)。

23、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，沖洗觸發(fā)值的確定方法包括：

24、任意選取一個(gè)前置運(yùn)行系數(shù)作為目標(biāo)運(yùn)行值，同時(shí)設(shè)置第一運(yùn)行時(shí)段，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中識(shí)別穩(wěn)定濁度值至目標(biāo)運(yùn)行值之間的過濾時(shí)間，取過濾時(shí)間的均值，并標(biāo)記為目標(biāo)運(yùn)行周期；

25、將第一運(yùn)行時(shí)段除以目標(biāo)運(yùn)行周期，得到時(shí)段沖洗系數(shù)xc；

26、利用公式e：得到綜合周期能耗zn，其中為修正因子；

27、分別將前置運(yùn)行系數(shù)作為橫坐標(biāo)，將反沖洗能耗作為縱坐標(biāo)，設(shè)置二維坐標(biāo)系，并將公式e在二維坐標(biāo)系上進(jìn)行線性圖像顯示，得到能耗曲線；

28、識(shí)別能耗曲線中反沖洗能耗zn的最低點(diǎn)，獲取反沖洗能耗zn的最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的前置運(yùn)行系數(shù)，并作為濾池的沖洗觸發(fā)值。

29、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，時(shí)段沖洗系數(shù)xc中的前置運(yùn)行系數(shù)與能耗函數(shù)中的前置運(yùn)行系數(shù)在計(jì)算綜合周期能耗zn過程中保持一致。

30、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，濾池的運(yùn)行參數(shù)由參數(shù)采集端進(jìn)行采集，并傳輸至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)端中進(jìn)行存儲(chǔ)。

31、一種濾池運(yùn)行優(yōu)化智能控制方法，該控制方法具體包括以下步驟：

32、步驟一：對(duì)濾池的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，同時(shí)根據(jù)水廠scada系統(tǒng)中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，提取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中每個(gè)前置時(shí)間內(nèi)的阻塞值以及濾后濁度值，基于阻塞值以及濾后濁度值計(jì)算每個(gè)前置時(shí)間內(nèi)的前置運(yùn)行系數(shù)；

33、步驟二：設(shè)置單元間隔時(shí)間，采集反沖洗時(shí)段中每個(gè)單位間隔時(shí)間對(duì)應(yīng)的濾后水濁度，獲取所有反沖洗時(shí)段的濾后水濁度作為試驗(yàn)組，計(jì)算濁度變化函數(shù)；

34、步驟三：對(duì)濁度變化函數(shù)進(jìn)行導(dǎo)數(shù)運(yùn)算處理，先確定沖洗時(shí)段的趨向區(qū)間，再根據(jù)趨向區(qū)間，確定穩(wěn)定濁度值；

35、步驟四：基于濾池中濾后濁度值達(dá)到穩(wěn)定濁度值的時(shí)間過程，設(shè)置周期時(shí)間，采集周期時(shí)間內(nèi)的周期運(yùn)行能耗，將前置運(yùn)行系數(shù)與周期運(yùn)行能耗作為數(shù)據(jù)組，提取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中所有的數(shù)據(jù)組并進(jìn)行仿真運(yùn)算，得到能耗函數(shù)；

36、步驟五：基于穩(wěn)定濁度值至前置運(yùn)行系數(shù)之間的過濾時(shí)間，確定時(shí)段沖洗系數(shù)，將時(shí)段沖洗系數(shù)與能耗函數(shù)進(jìn)行結(jié)合，確定綜合周期能耗；

37、步驟六：根據(jù)綜合周期能耗的能耗曲線，識(shí)別能耗曲線中的最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的前置運(yùn)行系數(shù)，并作為濾池的沖洗觸發(fā)值，之后濾池根據(jù)沖洗觸發(fā)值對(duì)濾池的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，進(jìn)而控制濾池進(jìn)行反沖洗動(dòng)作。

38、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

39、本發(fā)明通過對(duì)濾池的阻塞值與濾后濁度值進(jìn)行分析，計(jì)算濾池的前置運(yùn)行系數(shù)，然后再計(jì)算濾池在周期時(shí)間內(nèi)的周期運(yùn)行能耗，將前置運(yùn)行系數(shù)與周期運(yùn)行能耗進(jìn)行結(jié)合，確定濾池在第一運(yùn)行時(shí)段內(nèi)的綜合周期能耗，并基于綜合周期能耗的能耗曲線，確定濾池的沖洗觸發(fā)值，從而對(duì)濾池的反沖洗周期進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而提高濾池運(yùn)行的靈活性，同時(shí)降低濾池反沖洗能耗，進(jìn)一步的降低了水廠生產(chǎn)成本。