一种机加池排泥控制系统及方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种机加池排泥控制系统及方法。

背景技术

机械加速澄清池(机加池)是最常用的原水常规处理设备之一。利用池中添加混凝剂、消石灰等药剂，和原水发生化学反应，并积聚杂质颗粒相互接触、吸附，以达到降低原水钙镁离子等，清水较快分离的目的。通过混凝处理，去除的杂质形成了泥渣，沉降到机加池的底部，上清液作为处理后的水质，浊度、碱度、硬度等指标明显降低。机加池在运行过程中，需连续加药，机加池底部设有刮泥机，及时、适量排出污泥，保障最有效的混凝澄清处理效果。

目前，水务公司普遍采用人工方式调节混凝澄清池运行工况，根据各运行班组人员运行经验，检测机加池的沉降比，指标较高时开始手动排泥，指标较低时可继续运行，自动化程度很低，调整滞后，影响出水水质。采用人工方式检测，间隔时间长，无法连续监测，沉降比检测滞后，直接影响出水水质的稳定性。

综上，现有技术尚未实现自动监测或在线监测，无法明确排泥的合适时间及排泥量，依靠人工取样检测沉降比指标，存在滞后性，无法及时对混凝澄清池的运行工况进行调整，导致机加池运行效果差，出水波动性很大，严重影响了后续工艺流程的正常运行。

发明内容

本发明旨在提供一种排泥控制系统及方法，以解决目前排泥工艺的粗放管理，经验主义，浪费能源的现状。

根据本发明的一个方面，提供了一种机加池排泥控制方法，包括以下步骤：确定所述机加池中的污泥量；当所述污泥量大于预先设置的排泥阈值时，执行排泥指令；当排泥管道中的污泥浓度小于预先设置的浓度阈值时，停止排泥指令。

优选地，执行排泥指令后，还包括步骤根据工艺条件计算期待排泥时间，当实际排泥时间大于所述期待排泥时间时，停止排泥指令。

优选地，通过电磁方式确定机加池中的污泥量，包括以下步骤：激发发射线圈产生发射信号；接收所述发射信号磁化所述机加池中污泥产生的回传信号；对所述回传信号进行降噪分析，确定所述机加池中所述污泥的分布模型；根据所述污泥的分布模型，确定所述机加池中的所述污泥量。

优选地，基于小波包阈值对所述回传信号进行降噪分析，包括以下步骤，对所述回传信号进行小波包变换，获得小波包系数；基于所述小波包系数的阈值选择算法，确定阈值参数；对所述小波包系数进行阈值处理，将小于所述阈值参数的系数配置为重置系数M

优选地，将小于所述阈值参数的系数配置为重置系数M

优选地，所述适应性函数为m(q)＝-ln(A

根据本发明的另一个方面，提供了一种机加池排泥控制系统，其特征在于，包括：第一确定模块，用于确定所述机加池中的污泥量；第一判断模块，用于判断所述污泥量与预先设置的排泥阈值的关系；第二判断模块，用于判断排泥管道中的污泥浓度与预先设置的浓度阈值的关系；执行模块，当所述污泥量大于预先设置的排泥阈值时，用于执行排泥指令；停止模块，当排泥管道中的污泥浓度小于预先设置的浓度阈值时，用于停止排泥指令。

优选地，还包括：激发模块，用于激发发射线圈产生发射信号；接收模块，用于接收所述发射信号磁化所述机加池中污泥产生的回传信号；第二确定模块，对所述回传信号进行降噪分析，用于确定所述机加池中所述污泥的分布模型；第三确定模块，根据所述污泥的分布模型，用于确定所述机加池中的所述污泥量。

优选地，还包括：第一变换模块，用于对所述回传信号进行小波包变换，获得小波包系数；第四确定模块，基于所述小波包系数的阈值选择算法，用于确定阈值参数；处理模块，用于对所述小波包系数进行阈值处理，将小于所述阈值参数的系数配置为重置系数M

优选地，还包括：分割模块，用于将所述小波包系数序列(p

本发明提供了一种方法和系统，根据检测结果自动控制排泥装置排泥、排泥时间自动匹配的技术效果，达到机加池排泥全自动、现场无人检测、无人值守的目的，彻底根除机加池污泥盲目调节、盲目排放的隐患。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是根据本发明实施例的一种机加池排泥控制方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种确定机加池中的污泥量的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种基于小波包阈值对所述回传信号进行降噪分析的流程图；

图4是根据本发明实施例的一种机加池仪表安装示意图；以及

图5是根据本发明实施例的一种基于雷达反射模型的机加池排泥控制方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种机加池排泥控制方法，图1是根据本发明实施例的一种机加池排泥控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：S102：确定所述机加池中的污泥量；S104：当所述污泥量大于预先设置的排泥阈值时，执行排泥指令；S106：当排泥管道中的污泥浓度小于预先设置的浓度阈值时，停止排泥指令。其中，介于步骤S104和步骤S106之间，还包括步骤：根据工艺条件计算期待排泥时间，当实际排泥时间大于所述期待排泥时间时，停止排泥指令。

图2是根据本发明实施例的一种确定机加池中的污泥量的流程图。如图2所示，为了确定机加池中的污泥量，可以通过电磁方式(雷达)确定机加池中的污泥量，包括以下步骤，S202：激发发射线圈产生发射信号；S204：接收所述发射信号磁化所述机加池中污泥产生的回传信号；S206：对所述回传信号进行降噪分析，确定所述机加池中所述污泥的分布模型；S208：根据所述污泥的分布模型，确定所述机加池中的所述污泥量。

图3是根据本发明实施例的一种基于小波包阈值对所述回传信号进行降噪分析的流程图。如图3所示，基于小波包阈值对所述回传信号进行降噪分析，包括以下步骤：S302：对所述回传信号进行小波包变换，获得小波包系数；S304：基于所述小波包系数的阈值选择算法，确定阈值参数；S306：对所述小波包系数进行阈值处理，将小于所述阈值参数的系数配置为重置系数M

其中，将小于所述阈值参数的系数配置为重置系数M

其中，所述适应性函数为：m(q)＝-ln(A

小波包阈值去噪原理如下：设有被测信号：fi(t)＝yi(t)+ni(t)，i＝1,2,···N。由实际信号yi(t)和噪声ni(t)组成，该信号经过小波包分解得到小波包系数序列ω＝θ+γ。其中θ代表信号系数，γ代表噪声系数。设ω与ω

式中：η为阈值去噪算子即阈值函数，λ为阈值。小波包去噪的关键在于确定上述步骤中的阈值去噪算子以及阈值计算。在小波包阈值去噪算法的改进工作中，大多都是针对以下两个关键问题。

(1)阈值函数的选取

阈值函数作为去噪过程的关键，阈值函数不同，其去噪曲线也不同，对不同大小的阈值处理规则也不相同，因此，确定一种能根据信号类型以及含噪情况进行自适应调整的阈值函数十分必要。

(2)阈值的确定

在小波包阈值去噪中，阈值的大小选择对去噪效果影响较大，阈值将信号与噪声的小波包系数分割，阈值太小，代表噪声的小波包系数将残留；阈值太大，又对信号进行过扼杀。

在小波包去噪过程中，当确定阈值后，对大于和小于阈值的小波包系数采用不同的阈值规则，最后得到新的去噪后的小波包系数，对这些系数进行重构得出去噪后信号，此处的处理规则即为小波包阈值函数确定。

现有技术中只是简单的把阈值函数划分为软阈值函数和硬阈值函数两种阈值方法。

硬阈值函数：

软阈值函数：

上式中，η为阈值去噪算子，即为阈值函数，λ为阈值，ω表示小波包系数。式中0＜M≤1为阈值函数重置系数，当M→0，阈值算子趋近于硬阈值函数；当M＝1时，阈值处理方式为软。由于硬阈值函数对较大的小波包系数收缩较小，而软阈值函数对较大的系数全部进行收缩。因此，对于含噪较多的小波包系数，阈值函数应偏软即M较大；而信号显露较好的小波包系数阈值处理方式应偏硬即M应较小。

本发明中，提出了一种新的阈值函数。为了对阈值函数进行自适应地调整，首先要对含噪信号的小波包系数中噪声的分布情况进行分析，由于在信号的小波包去噪过程中，算法上是逐点比较小波包系数与阈值的大小，因此希望每一个系数对应一个重置系数值，也就是上述提到的将所述小波包系数序列(p

根据本发明的另一个方面，还提供了一种机加池排泥控制系统，包括：第一确定模块，用于计算所述机加池中的污泥量；第一判断模块，用于判断所述污泥量与预先设置的排泥阈值的关系；第二判断模块，用于判断排泥管道中的污泥浓度与预先设置的浓度阈值的关系；执行模块，当所述污泥量大于预先设置的排泥阈值时，用于执行排泥指令；停止模块，当排泥管道中的污泥浓度小于预先设置的浓度阈值时，用于停止排泥指令。

除上述之外，还包括：激发模块，用于激发发射线圈产生发射信号；接收模块，用于接收所述发射信号磁化所述机加池中污泥产生的回传信号；第二确定模块，对所述回传信号进行降噪分析，用于确定所述机加池中所述污泥的分布模型；第三确定模块，根据所述污泥的分布模型，用于确定所述机加池中的所述污泥量。

还包括：第一变换模块，用于对所述回传信号进行小波包变换，获得小波包系数；第四确定模块，基于所述小波包系数的阈值选择算法，用于确定阈值参数；处理模块，用于对所述小波包系数进行阈值处理，将小于所述阈值参数的系数配置为重置系数M

优选地，还包括：分割模块，用于将所述小波包系数序列(p

以下实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明原理和精神所引出的多种变化、修改、替换和变形，仍落入本发明的保护范围内。

一种基于雷达反射模型的机加池排泥控制系统：包括雷达发射模块、回波信号接收模块、信号处理系统、图形显示装置。雷达辐照在机加池水面下，在泥渣颗粒处产生于反射，即反射雷达所需的雷达回波信号。雷达回波信号接收模块接收雷达回波信号，并将回波信号转换为电信息并由信号处理系统进行降噪分析得出污泥在机加池内分布模型。其具备完整的控制系统基础平台，如组态软件、流程图界面、历史数据存储、集中型数据库、过程控制器。该控制系统可直接通过以太网接入用户SCADA网络。为了实现上述目标，本发明所采用的技术方案如图4所示，机加池安装1雷达，泥斗排泥管上安装2污泥浓度计，机加池安装3超声波液位计。图5显示了一种基于雷达反射模型的机加池排泥控制方法的流程示意图。

Step1通过雷达反射模型建立实时、在线的污泥物理分布模型，计算当前状态下机加池的实时的污泥量。

Step2计算的污泥量与设定排泥阈值对比，大于设定值，开启排泥泵，执行排泥指令。

Step3根据物理模型计算出的污泥量量，结合工艺条件，计算当前水质状态下所需排泥时间，排泥泵根据排泥时间长短执行排泥指令。

Step4根据污泥管道上反馈的污泥浓度确定关闭排泥泵的时间，停止排泥指令，控制器进入待机检测状态。

Step5待排泥控制装置计算实时污泥量大于设定排泥阈值，执行排泥指令。

本发明采用的所述排泥装置运用雷达技术，采用雷达发射的高频率的脉冲信号和反射的回波信号，可以准确地测量污泥的分布，并将数据传输到计算机或显示屏上进行实时监测。它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够而定向传播。通过雷达反射模型建立实时、在线的污泥物理分布模型，计算当前状态下机加池的实时的出泥量。通过排泥管道上污泥浓度计的数据，实时反馈与修正机加池污泥物理模型，避免模型无反馈的弊端。

相比现有技术，本发明优势：通过雷达反射模型、实时获取机加池污泥量，物理模型计算结果可靠，实时。通过排泥管道上污泥浓度数据作为反馈信号，实时反馈与修正加池污泥物理模型结算结果，避免系统只依赖单模型数据。解决供排水企业排泥控制自动化程度低；避免依赖运维人员的经验进行排泥控制，避免设备长时间盲目运行，环保节能。

综上所述，本发明提供了一种方法和系统，根据检测结果自动控制排泥装置排泥、排泥时间自动匹配的技术效果，达到机加池排泥全自动、现场无人检测、无人值守的目的，彻底根除机加池污泥盲目调节、盲目排放的隐患。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。