(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210952977.8 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 北控水务 （中国） 投资有限公司 地址 100102 北京市朝阳区望京东园七区 18号楼8层801内808 (72)发明人 杨永茂　李中杰　王矩　王松　 安莹玉　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 王兆波 (51)Int.Cl. C02F 1/52(2006.01) G06F 30/20(2020.01) C02F 101/10(2006.01) (54)发明名称 一种自适应的PAC加药基础自动化方法 (57)摘要 本发明公开了一种自适应的PAC加药基础自 动化方法， 实施的过程分两部分： 一部分为建模 过程， 另一部分为参数确定与调试验证。 建模过 程包括： PAC机理投药机理分析、 原理模型设计、 模型归纳与线性回归 方程推导。 参数调试验证包 括： 迭代系数原始值的确定、 符合工况实际的投 药参数设置调试以及模型/工况自身的参数限幅 逻辑应用。 本发明符合化学与物理机理： 基础应 用层面加入了数理建模。 所设计的PAC加药模型 可实现自我迭代根据工况自我适应。 硬件通用性 及造价低： PLC代码通用， 仅需要在原PLC控制器 进行代码迭代即可实现。 稳定性与鲁棒性： 该方 法结合的数据处理的算法与基础控制器的逻辑 功能， 符合 生产用户的习惯。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115259318 A 2022.11.01 CN 115259318 A 1.一种自适应的PAC加药基础自动化方法， 其特征在于， 实施的过程分两部分： 一部分 为建模过程， 另一部 分为参数确定与调试验证； 建模过程包括： PAC机理投药机理分析、 原理 模型设计、 模型归纳与线性回归方程推导； 参数调试验证包括： 迭代系 数原始值的确定、 符 合工况实际的投药参数设置调 试以及模型/工况自身的参数限幅逻辑应用； 该方法包括如 下步骤， S1、 化学除磷法中， Al+3/PO4‑3是完全线性的， 直接用线性方程表达； 物理除磷模型简化为极值点为(XH， YH)的凸抛物线； 物理/化学投药量用总 投药量x和 占比系数k代替； 化学除磷 模型归纳为y＝u(kx ‑XH)2+w(1‑k)x+b； 其中， x>0， y>0， 0 <k<1， w>0， u< 0， b>YH； XH为药量限幅极大值， Y H为磷指标设定极大值； S2、 自适应的PAC加药基础自动化模型通过梯度下降法， 损失函数求偏导， 得出迭代公 式： 其中， k为人工占比系数设置， η为学习步长设置， n为学习迭代次数设定； xi为给定药量， yi是当前TP磷仪表反馈值， XH为投药量极大值设定； 公式(1)、 (2)、 (3)联立循环迭代， 梯度 法迭代逼近求出 预测的系数w、 u、 b； S3、 迭代初始值w0、 u0、 b0确定； 取k＝0.5， 即化学/物理除磷处理效果相当时为初始状 态； b0值取Y H， 即最大处 理磷量； 将Y H、 YL、 XH、 XL投入 迭代， 计算出w0、 u0作为初始值； S4、 首先建立自适应的PAC加药基础自动化模型， 其次按方程进行迭代算法程序设计； 其中， 迭代算法程序设计的过程中要严格代入参数限幅后的判定跳转逻辑； 接着确定公式 (1)、 (2)、 (3)初始系数w0、 u0、 b0， 经验系数k以及幅值YH、 YL、 XH、 XL； 然后结合生产实际值输 入迭代算法进行迭代， 求出系数w、 u、 b； 最后根据生产经验适当调节 参数k， 步长 η， 迭代次数 n， 逐步确定现有工况， 以适应投加规 律。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115259318 A 2一种自适应的PAC加药基础自动化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种PAC加 药基础自动化方法， 属于PAC自动化加 药控制技术领域， 尤 其涉及一种基于自适应的PAC加药基础自动化方法。 背景技术 [0002]现有的PAC自动化加药方法主要有两类， 一类较为简单的经验建模， 一般为分区间 段的一元一次线性方程y＝kx+b， 在基础自动化上也易实现， 并且应用广泛； 但在精确性上、 自适应方面十分欠缺； 另外一种是根据化学反应、 CFD状态、 聚合物生长吸附过程的智慧投 药模型， 虽然在理论上有较完善的论述； 精确预测、 自学习自适应数理方法的应用； 但建模 复杂、 运算量大且硬件配备和工程 实施价格昂贵。 现场实际投入成功 运行的案例寥寥， 技术 的成熟度实用性还在进一 步发展。 [0003]PAC投药技术属于污水深度处理技术中的一种。 通过添加PAC药剂， 铝离子一部分 与污水中的磷酸根化学反应形成沉淀， 另一部 分带电离子形成聚合物通过吸负电荷附磷酸 根进行除磷。 这样， 出水指标中的磷指标得到有效控制。 国内绝大多 数污水厂三级处理工艺 都使用PAC投药除磷， 因此， 降低单耗精确控药提高经济效益是 行业的普遍需求。 [0004]目前国内主流的PAC自动加药方法主要有两类。 一类是较为简单的经验公式， 一般 为分区间段的一元一次线性方程y＝kx+b， 在基础自动化上也易 实现， 为当前主流方法并应 用广泛； 但这同样存在精确性低、 无法自适应的缺点； 另外一种是根据化学反应、 CFD状态、 聚合物生长 吸附过程建立的智慧投药模型， 虽然在理论上有较完善的论述； 亦包括精确预 测、 自学习自适应等数理方法； 但建模复杂、 运算量大且配套硬件及工程实施价格昂贵； 实 际投入成功运行的案例寥 寥； 其技术的成熟度与实用性还在进一 步发展。 [0005]操作简单、 自适应方法、 降耗增效， 是每一个水处理用户的普遍需求。 旧的方法已 经逐渐落后于现在的产业水平， 新的模型理论在成本上和应用效果还不尽如意。 针对目前 的发展需求， 开 发并一款自适应的基础自动化PAC控制加药方法， 提高 自动化程度和降耗需 求， 就是现有技 术发展新的趋势。 发明内容 [0006]基于现有两种技术的各自存在的问题， 本发明了设计了一种既符合PAC模型机理 的、 又容易在PLC上改造实现的较为精确的、 自适应PAC加药基础自动化方法。 因此， 基于现 有两种技术的各自存在的问题， 本发明了取两者所长， 设计了一种既符合PAC模型机理的、 又容易在PLC上改造实现的较为精确的、 自适应PAC加药基础自动化方法。 [0007]本发明的核心为数学建模， 实施的过程大体上可以分两部分： 一部分为建模过程， 另一部分为参数确定与调试验证。 建模过程包括： PAC机理投药机理分析、 原理模型设计、 模 型归纳与线性回归方程推导。 参数调试验证包括： 迭代系数原始 值的确定、 符合工况实际的 投药参数设置调试以及 模型/工况自身的参数限幅逻辑应用。 通过以上实施步骤， 即可在基 础自动化层面实现操作简单、 匹配模型机理、 自适应、 同样稳定可靠、 符合生产用户习惯的说　明　书 1/4 页 3 CN 115259318 A 3