胡 友

（湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

氣水反沖洗V型濾池是由法國(guó)得利曼公司開發(fā)的采用均勻粒徑濾料的重力式快濾型濾池，采用氣水反沖洗。V型濾池濾料層厚度厚于其他快濾池，具有過濾周期長(zhǎng)、截污能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在城市大中型水廠中得到廣泛的應(yīng)用。V型濾池因其進(jìn)水槽被設(shè)計(jì)成V字形而得名，一座濾池由若干個(gè)濾格、鼓風(fēng)機(jī)房、反沖洗泵房和配電間組成。每個(gè)濾格構(gòu)造相同，共用一條待濾水進(jìn)水渠和一條清水出水渠，每個(gè)濾格通過閥門控制單獨(dú)運(yùn)行，相互之間互不干擾。V型濾池有單排和雙排布置之分，通常情況當(dāng)格數(shù)為偶數(shù)時(shí)采用雙排布置，當(dāng)格數(shù)為奇數(shù)時(shí)采用單排布置。

每個(gè)濾格設(shè)置有進(jìn)水閘閥、出水蝶閥、排水蝶閥、氣沖蝶閥、水沖蝶閥和余氣排放球閥六個(gè)閥門，部分濾池設(shè)有兩個(gè)進(jìn)水閘閥和一個(gè)初濾水排放蝶閥。通過控制閥門的開閉，來完成過濾、氣反沖洗、水反沖洗、汽水同時(shí)反沖洗和排水的過程。均粒石英砂因吸附能力強(qiáng)、價(jià)錢便宜，通常被用作濾料。隨著過濾過程的不斷進(jìn)行，石英砂的吸附能力逐漸下降，如果不根據(jù)石英砂的吸附能力，通過調(diào)節(jié)出水閥門的開度來控制過濾水量，將會(huì)導(dǎo)致濾池出水水質(zhì)變差，達(dá)不到出水要求。但是石英砂的吸附能力卻無法量化，傳統(tǒng)控制方式是根據(jù)水頭損失來計(jì)算出水閥門的開度，因水頭損失同樣無法準(zhǔn)確計(jì)算，且二者間無法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，并不能很好的保證出水水質(zhì)。因此，本文根據(jù)V型濾池過濾過程的特點(diǎn)，構(gòu)建了V型濾池模糊控制系統(tǒng)，并依據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程優(yōu)化，在保證恒水位等速過濾的前提下，通過模糊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門開度的準(zhǔn)確控制，保證濾池出水水質(zhì)。

1 V型濾池過濾過程分析

V型濾池過濾過程流程如圖1所示。

圖1 V型濾池過濾過程流程圖

經(jīng)絮凝沉淀池處理的來水，進(jìn)入濾池配水總渠，通過單格進(jìn)水閘閥后，進(jìn)入V型槽，流經(jīng)V型槽配水孔進(jìn)入濾格，在濾格中經(jīng)均粒石英砂濾料過濾后，經(jīng)由單格出水蝶閥進(jìn)入出水總渠，再流入清水池或深度處理單元向市政管網(wǎng)供水。

當(dāng)某個(gè)濾格石英砂濾料吸附能力飽和后須進(jìn)行反沖洗，使濾料恢復(fù)吸附能力。濾格出水濁度 （水中懸浮物對(duì)光線透過時(shí)所發(fā)生的阻礙程度） 是衡量濾池過濾效果的最重要指標(biāo)，將濾池出水濁度控制在規(guī)范要求范圍內(nèi) （通常為1NTU），既能保證出水水質(zhì)，又能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2 V型濾池自動(dòng)控制框架

V型濾池控制系統(tǒng)由多個(gè)PLC控制站組成，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)與廠區(qū)中控室通信。PLC控制主站設(shè)置在配電間，用于控制鼓風(fēng)機(jī)、反沖洗水泵和其他一些輔助設(shè)施的運(yùn)行。PLC控制子站與濾格一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，每個(gè)PLC子站負(fù)責(zé)本格閥門控制、儀表信息采集，并接受主站的控制。V濾池運(yùn)行基本是無人值守，在PLC的控制下，完成過濾、反沖洗等環(huán)節(jié)。

控制系統(tǒng)控制流程分為過濾和反沖洗等過程。正常過濾階段，各個(gè)濾格PLC子站根據(jù)濾格水位，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)出水閥開度，實(shí)現(xiàn)恒水位等速過濾，使濾池出水濁度達(dá)到要求；當(dāng)某個(gè)濾格達(dá)到反沖洗條件時(shí)，濾格子PLC向主PLC發(fā)送須反沖洗信號(hào)。主PLC進(jìn)入反沖洗程序，向?yàn)V格子PLC下達(dá)反沖洗命令，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵等反沖洗設(shè)備，并協(xié)調(diào)濾格子PLC控制各個(gè)閥門完成反沖洗過程。

3 V型濾池模糊控制系統(tǒng)

3.1 模糊控制器結(jié)構(gòu)

模糊控制器通常選取誤差信號(hào)e （或E） 和信號(hào)變化率ec（或EC） 作為模糊控制系統(tǒng)的輸入，受控量y （或Y） 作為輸出變量。

出水濁度與出水閥門的開度緊密相關(guān)，在濾料納污力不變的情況下，閥門開度大，出水濁度高，閥門開度小，出水濁度小。但在過濾過程中，濾料納污力在不斷變小，閥門開度也需要隨之減少。濾池的模糊控制器的輸入信號(hào)選取為給定濁度值與濾池實(shí)際出水濁度的誤差信號(hào)和信號(hào)變化率，輸出變量定義為閥門開度控制量，并對(duì)其進(jìn)行量化。

設(shè)e、ec和u為誤差、誤差變化率和閥門開度控制量，取其基本論域?yàn)椋?/p>

將基本論域量化為：

3.2 選取模糊控制規(guī)則

（1） 確定模糊子集。

在對(duì)變量量化后，得到量化論域，定義其模糊子集。

式中：Ai、Bj和Ck—分別是X、Y和Z的模糊子集。

（2） 選定輸入輸出變量語(yǔ)義詞匯。

用語(yǔ)言變量PB、PM、··· 、NM、NB對(duì)其進(jìn)行描述，其中，輸入變量e、ec和輸出變量均用7個(gè)模糊子集來描述他們?cè)诟髯哉撚蚍秶乃锌赡軤顟B(tài)，具體見表1。

表1 語(yǔ)言變量描述表

規(guī)定模糊子集{Ai}、{Bj}和{Cl}在論域X、Y和Z上的隸屬度函數(shù)為μAi（x）、μBi（y）、μCl（z）。

（3） 選定模糊關(guān)系。

根據(jù)濾池操作經(jīng)驗(yàn)，制定一組模糊控制規(guī)則。

if Aiand Bjthen Cij

模糊子集間的模糊關(guān)系為：

在給定x=Ai、y=Bi時(shí)，輸出變量與輸入變量間的模糊關(guān)系可表示為：

用隸屬度函數(shù)表示為：

3.3 進(jìn)行模糊判決、制度模糊控制表

根據(jù)以上公式，求得輸出變量模糊子集{Ck}，采用最大隸屬度判決法進(jìn)行模糊判決，得到模糊控制如表2所示。

表2 模糊輸出表

在實(shí)際控制過程中，根據(jù)輸入變量查詢值查詢模糊控制表，得到輸出變量z。輸出變量經(jīng)過一定變換后，驅(qū)動(dòng)伺服結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥門開度，達(dá)到控制出水濁度的目的。

3.4 V型濾池模糊控制系統(tǒng)

完成濾池模糊控制器 （FLC） 后，就基本完成了濾池模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。考慮到在實(shí)際生產(chǎn)過程中，模糊控制系統(tǒng)對(duì)小偏差不會(huì)有控制動(dòng)作，考慮小偏差的累計(jì)作用，對(duì)其進(jìn)行積分。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)濾料水頭損失無法準(zhǔn)確計(jì)算，出水濁度與閥門開度無法建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，采用模糊控制方法建立濾池的控制模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)過濾過程的控制，以達(dá)到使出水濁度達(dá)到規(guī)范要求值。