魏日强

（广州市自来水公司技术部，广东 广州 510407）

　　通过对加药量与各种控制参数之间的关系分析，我们发现他们之间是一种非线性关系，而整个加药过程是一个大滞后的多参数共同作用的过程，采用普通的PID控制或其他控制方法都难于适应，而采用模糊专家数据库的控制策略可较好地解决问题。

1. 建立模糊数据库

　　根据加药量与原水温度、原水色度、上水管流速、原水PH值和原水浊度的对应关系和各水厂手动实际运行的经验数据，对应每组反应沉淀系统，初步建立起多维变量的模糊专家控制数据库TFDate [T,V,P,N,S]、例如作下列划分，可形成五维的数据变量：

2.模糊专家控制的原理

　　模糊专家系统是一类在知识获取、知识表示和运用过程中全部或部分地采用了模糊技术的专家系统，模糊专家系统通常包括：输入输出接口、模糊数据库、模糊知识库、模糊推理机、学习模块和解析模块等，其一般体系结构如图5所示。

图1：模糊专家控制原理

Fig 1:the principle of Fuzzy Profession control

　　1）   输入输出接口：输入输出接口主要用于输入系统初始信息（这些信息允许是不确定的），输出系统最终结论（这些结论一般也包含某种不确定性），显示系统推理的解析过程和系统运行过程中的人－机对话，输入建库及修改信息等。

　　2） 模糊数据库：模糊数据库用于存储各类不确定性的信息，如系统的初始输入信息、基本数据信息、系统基本定义，主要用于确定描述不确定信息的模糊语言值、系统推理过程中产生的中间信息、系统的最终结论信息。

　　3） 模糊知识库：模糊知识库中存放从领域专家的经验中总结出来的事实及规则。这些事实或规则可以是模糊的或不完全可靠的，即在各事实上要附上一个可信度标志并为各规则附上一个强度标志。

　　4） 模糊推理机：模糊推理机是模糊专家系统的核心，其功能是根据系统输入的不确定证据，利用模糊知识库和模糊数据库中的不确定性知识，按一定的不确定性推理策略例如关于证据的不确定性、结论的不确定性等，解决系统问题域中的问题，给出较为合理的建议或结论。

　　5） 解析模块：系统解析模块与一般专家系统中的相应模块类似，记录系统推理过程中所用的规则及产生的中间结果，但在规则和结论中均附有不确定性标度。

　　6） 学习模块：学习模块的主要功能是接受领域专家用自然语言形式描述的知识，并将其自动转换成计算机推理过程中可识别的规范化模糊事实及规则，或者通过领域专家的一组经验实例自动总结归纳出模糊规则。

　　模糊专家控制的实质是使系统的构造和运行都是基于控制对象和控制规律的各种专家知识。而且要以智能的方式来利用这些知识，使受控系统尽可能优化和实用化。

3.自学习模糊专家自动控制的在线应用

（1）工作原理

　　PLC根据原水水质和每组上水管流速，经过模糊化后利用模糊规则找出其状态值，然后根据其状态值调用矾耗模糊专家数据库的对应数据，经过去模糊化给出所要控制的矾耗值，最后根据此矾耗值和每组上水管流速比例控制加药泵的投加。在这同时用中间寄存器记录改变投加量时其状态值，计算出此状态流速下的改变投加量后到待滤水浊度仪检测到变化的滞后时间，开始计时，在滞后时间到后，检测待滤水浊度，用待滤水浊度与目标值比较，满足一定条件后修改寄存器所记录的状态值所对应的矾耗模糊专家数据。修改原则为，若待滤水浊度高于目标值，则微调增大矾耗模糊专家数据，反之则减小矾耗模糊专家数据。周而复始，从而逐渐使对应的矾耗值达到局部最佳值。经过一段时间的运行，所建的矾耗专家数据库就会形成一个最佳控制数据库。工作原理图如图6所示：

图2:加药自动控制原理

Fig 2:the principle of Coagulation Dosing automatic control

(2)自动控制的编写及流程

　　程序在加药PLC站的Contrologic5000上用本身提供的梯型图软件编辑和存储空间，整个程序分原水状态分析、模糊专家数据库数据修改、加药泵控制三大部分。

图3: 加药自动控制程序流程

Fig 3: the procedure flow chart of Coagulation Dosing automatic control

　　人机界面我们可采用AB公司的Rsview编程软件，在服务器上编辑人机控制界面，有强大的数据处理和图像记录功能。

4.效果分析

　　南洲水厂的加药模糊专家控制系统于2005年7月23日正式投入自动运行以来，比人工手动控制和定矾耗自动控制运行稳定可靠，而且使矾耗降低了2.3mg/l，取得了很好的运行效果：

　　第一：节省了人手，自2005年7月15日正常运行以来，至截稿以来，在线运行时间率基本达到了100％，只在设备维护时转到手动控制，值班人员无需参与控制，加药泵能根据原水水质变化和上水量变化自动调节投加量，使待滤水浊度控制在0.7NTU左右，解放了值班人员的工作。为南洲水厂减少值班人员提高生产效率作出了贡献。

　　第二： 降低矾耗，减少能耗，节约成本。实际运行以来，对比自动控制运行以前的人工控制加药效果，矾耗降低了2.3mg/l，对于南洲水厂（供水量100万吨日）来说，则每年可少用839吨10％浓度的聚合氯化铝，聚合氯化铝价格为1200元/吨，每年可节约100.74万元,三年可节省302.22万元，若广州自来水公司其它水厂也采用此控制方式，对自来水公司来说，不需再增加资金，而每年可节约402.96万元，三年可节省1208.88万元，再考虑到广东省水厂众多，若推广的话，会有巨大的社会经济效益。

　　第三：节省了投资成本：采用模糊专家控制系统，可充分利用水厂的原有PLC设备，无需再增加其它反馈设备。

　　第四、运行稳定可靠：由于直接在PLC上开发，无工控机或PC机由于软件系统容易死机的缺点，可持续稳定可靠运行。

5.结 论

　　随着计算机自动控制理论大量在工业控制上的成功应用与实践，为各水厂的加药自动控制提供了新的思路。从模糊专家控制系统在南洲水厂的加药自动控制的应用来看，效果良好，由于采用了待滤水浊度作为控制效果的最终判断，使自动控制系统运行更为直观和可靠稳定，更加符合值班人员的控制习惯。但也存在一定的局限性，由于滞后时间较长，专家数据库的完善时间跨度较漫长，比较依赖经验数据的积累，如果更换混凝药剂性质或品种，专家数据库需重新输入初始值，数据的输入量较繁重。而且暂时未有合适的在线河水色度检测仪，在南洲水厂的专家控制数据中忽略了色度的影响。要想把模糊专家控制系统推广到其他水厂使用，需针对其不足之处，作进一步的完善。