[发明专利]基于数据拟合方法的净水厂PAC智能投加控制系统

权利要求书

1.基于数据拟合方法的净水厂PAC智能投加控制系统，其特征在于：包括模型层、数据层和执行层；

模型层包括拟合函数生产器、插值器和投加量修整器；

数据层包括数据库；

执行层包括组态软件、异常处置装置、PLC和执行器件；

拟合函数：

模型采用实验室混凝沉淀数据的原水浊度-投加单耗作为大数据样本，采用最小二乘法拟合出以原水浊度为参数，投加单耗的一元七次幂函数；

通过对大量数据在一元n次幂函数的拟合数据进行分析比较，并结合数据库double类型数值的精度，选取了n＝7作为幂函数的指数；

在n＝7时，拟合结果与实验室数据的误差最小；一元七次幂函数的形式为：

质检人员将实验室每日生产模拟实验的数据录入到样本数据表中；智能投加控制系统每天定时执行一次作业，生成新的拟合函数；作业从样本表中读取所有的浊度-单耗数据对，浊度为x、单耗为f(x)，将代入到幂函数中，可得到超定方程组Ax＝b如下：

A为系数矩阵，x为变量浊度矩阵，b为单耗矩阵，其中m为样本表中读取的数据对个数，7为幂函数指数，m>7+1；

首先求出系数矩阵的转置矩阵C＝A^T，然后计算矩阵D＝CA和向量f＝Cb，得到正规方程组Dx＝f，进行高斯消元所得的解就是原Ax＝b的最小二乘解，即f(x)的系数a₀-a₇，最后将生成的新拟合函数的系数写入在拟合函数系数表中存储；

智能投加控制系统每五分钟执行一次单耗生成程序；

单耗生成程序首先从拟合函数系数表中读取最新的系数，生成当日的拟合函数；再从水质数据表中提取当前时刻的原水浊度数据，作为变量值代入到拟合函数中进行插值运算，计算值即为当前水质条件下的理论投加单耗；

智能投加控制系统根据实际进水量与平流沉淀池的额定水量关系，以及沉淀水浊度的反馈值，对理论投加单耗进行修正，修正值作为智能投加控制系统核心部分的输出值写入到投加量输出表中；

调整函数为:

(1)

(2)

其中，f(x)表示拟合函数，uv表示上限控制值，lv表示下限控制值，ceiling()和floor()分别为上取整和下取整函数。

2.根据权利要求1所述的基于数据拟合方法的净水厂PAC智能投加控制系统，其特征在于：数据库的数据包括实验数据、样本数据表、原水浊度、拟合函数表、沉淀水浊度、进水开车情况和投加量输出表。

3.根据权利要求1所述的基于数据拟合方法的净水厂PAC智能投加控制系统，其特征在于：数据库的数据由自控SE服务器通过DataLog的方式写入，其中水质数据为5分钟定时写入，状态数据为状态变化时写入。

4.根据权利要求1所述的基于数据拟合方法的净水厂PAC智能投加控制系统，其特征在于：智能投加控制系统的模型层为Java程序，通过Timer类对作业进行定时调度执行。

5.根据权利要求1所述的基于数据拟合方法的净水厂PAC智能投加控制系统，其特征在于：为解决水温变化对单耗的影响，智能投加控制系统针对相同季节水温变化范围较小，可近似为一个常量；不同季节水温范围不同，则采取分段函数的方式来消除影响；智能系统共分为4个季节对应不同水温下的不同水体情况，分别以4个季节的样本拟合出了对应的4条幂函数。

6.根据权利要求1所述的基于数据拟合方法的净水厂PAC智能投加控制系统，其特征在于：

智能投加控制系统的学习过程是通过样本数据表随着每日新样本数据的增加，不断包含新的原水浊度和投加单耗的关系，更新拟合函数曲线，使得模型部分输出更接近于当前情况下的水质和投加单耗关系，从而达到学习的目的。

7.根据权利要求1所述的基于数据拟合方法的净水厂PAC智能投加控制系统，其特征在于：

智能投加控制系统的执行层为自控PLC程序，在SE服务器中由VBA方式读取数据库指定表中的值；执行层获取数据后，由自控程序发送指令到执行器件进行自动投加。