本發(fā)明涉及化工、冶金、制造等領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于化工企業(yè)保持ph值穩(wěn)定的多模式控制方法和裝置。

背景技術(shù)：

近年來，工業(yè)的飛速發(fā)展和城市人口的急劇增加造成了工業(yè)生產(chǎn)和生活污水的大量排放，污水處理的問題也受到越來越多的重視。按照國家相關(guān)環(huán)保法規(guī)規(guī)定，ph值作為污水排放指標(biāo)的一個重要參數(shù)。在當(dāng)今很多工業(yè)中(如印染、制藥、釀造、造紙、廢水處理及給水處理等工業(yè)過程)都存在著ph值處理的控制問，ph值進(jìn)行有效的測控，對污水處理環(huán)節(jié)來說具有重要意義。但是由于ph中和過程存在嚴(yán)重非線性和時滯性，在生產(chǎn)過程中對ph值進(jìn)行測控并非易事，一直以來，在化工生產(chǎn)過程中ph值控制方案的設(shè)計和實際投用均存在一定的困難。在我國，較長時間內(nèi)只注重經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而忽略了環(huán)保的重要性，污水處理水平相對落后，其是ph值測控技術(shù)相對落后，自動化水平低，很多停留在人工檢測控制階段，因此開發(fā)出控制效果良好、易于實現(xiàn)的自動化ph值測控系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。目前，各行業(yè)中ph值控制過程中通過人工方式或者半自動化控制方式還相當(dāng)普遍，過程中存在著很多弊端，無法滿足經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展對于環(huán)保效果的需求。

以申請人企業(yè)產(chǎn)生的一種化工污水的處理為例，ph控制時不夠穩(wěn)定，造成ph波動較大，最終輸送給水處理分廠污水不合格，對環(huán)保造成嚴(yán)重影響，甚至?xí)捎谖鬯欧胖笜?biāo)不合格導(dǎo)致全廠非計劃停車。該污水是酸性，需要用堿性物料1和堿性物料2中和，在污水ph值大于等于所設(shè)定的閾值時(污水流量較小且穩(wěn)定)，僅需要加入堿性物料1即可達(dá)到中和要求；但是當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)異常情況，即由于污水流量突然增大后使得ph值低于所設(shè)定的閾值后，則需要快速加入堿性物料2進(jìn)一步中和，從而避免送給水處理分廠的污水ph值超標(biāo)。傳統(tǒng)操作方式下操作人員需要時刻關(guān)注污水的進(jìn)料速度，發(fā)現(xiàn)其波動后第一時間改變堿性物料2的進(jìn)料量，同時待污水進(jìn)料速度恢復(fù)穩(wěn)定后還需要盡快將污水ph值調(diào)整至所要求設(shè)定值，這種操作方式極大地耗費(fèi)操作人員的精力，尤其對于夜班操作人 員來說，稍有懈怠則需要承擔(dān)污水指標(biāo)超限的生產(chǎn)責(zé)任。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中化工企業(yè)的ph值控制操作流程，全過程的人工操作使得操作人員勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，需要提供一種能夠保持ph值穩(wěn)定的多模式控制方法和裝置，以便最大限度地降低操作工人勞動強(qiáng)度，同時減少企業(yè)污水環(huán)保不達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)風(fēng)險。

為解決上述技術(shù)問題，作為本發(fā)明的第一個方面，提供了一種保持ph值穩(wěn)定的多模式控制方法，該方法包括以下步驟：

ph值設(shè)定步驟，根據(jù)工藝要求確定ph設(shè)定值sv；

測量步驟，測量待中和物料加入流量fi、測量ph實際值pv、測量堿性物料1的實際加入量pv1和堿性物料2的實際加入量pv2；

ph值自動控制步驟，根據(jù)設(shè)定的ph值sv和測得的ph實際測量值pv，利用反饋算法獲得控制量輸出值mv；

ph值濃度超限判定步驟，根據(jù)所得到的控制量輸出值mv判斷需要加入堿性物料的方式；

堿性物料1加入步驟，當(dāng)mv小于等于所設(shè)定的閾值時，其作為堿性物料1加入量設(shè)定值sv1，在該范圍僅通過加入堿性物料1，以自動控制ph值達(dá)到所述ph設(shè)定值sv；

ph值前饋控制步驟，當(dāng)mv大于所設(shè)定的閾值時，在該范圍需要通過計算得到維持ph設(shè)定值時仍需增加補(bǔ)充的堿性物料量，作為堿性物料2加入量的設(shè)定值sv2；

堿性物料2加入量自動控制步驟，根據(jù)sv2和測得的堿性物料2加入量實際測量值pv2，利用反饋算法獲得控制量輸出值mv2；

堿性物料2加入量執(zhí)行步驟，調(diào)節(jié)一個流量閥的開度mv2，以實現(xiàn)該堿性物料加入量控制。

優(yōu)選進(jìn)一步包括運(yùn)行結(jié)果顯示步驟，實時顯示待中和物料加入流量fi、ph設(shè)定值sv、ph實際測量值pv、堿性物料1加入量設(shè)定值sv1和堿性物料2加入量實際測量值pv2。

優(yōu)選進(jìn)一步包括不同ph值控制參數(shù)切換步驟，根據(jù)ph值濃度設(shè)定ph值自動控制步驟中的比例、積分和微分參數(shù)。

作為本發(fā)明的第二個方面，還提供了一種保持ph值穩(wěn)定的多模式控制裝置，該裝置包括：

設(shè)定模塊，對于ph值控制，用于接受ph設(shè)定值sv的輸入；對于堿性物料1加入量控制，用于接受堿性物料1加入量設(shè)定值sv1；

測量模塊，用于測量待中和物料加入流量fi、測量ph實際值pv、測量堿性物料1的實際加入量pv1和堿性物料2的實際加入量pv2；

反饋控制算法模塊，對于ph值控制，根據(jù)設(shè)定的ph值sv和測得的ph實際測量值pv，利用反饋算法獲得控制量輸出值作為堿性物料1加入量設(shè)定值sv1；對于堿性物料2加入量控制，根據(jù)sv2和測得的堿性物料2加入量實際測量值pv2，利用反饋算法獲得控制量輸出值mv2；

判斷模塊：用于判斷ph值濃度是否超過設(shè)定的閾值，從而進(jìn)一步確定是否需要加入堿性物料2；

前饋控制算法模塊，當(dāng)檢測到ph值濃度大于所設(shè)定的閾值時，在該范圍需要通過計算得到維持ph設(shè)定值時仍需增加補(bǔ)充的堿性物料量，作為堿性物料2加入量的設(shè)定值sv2；

執(zhí)行模塊，用于調(diào)節(jié)一個流量閥的開度，以實現(xiàn)該堿性物料2加入量控制值mv2。

優(yōu)選還包括一個運(yùn)行結(jié)果顯示模塊，用于實時顯示待中和物料加入流量fi、ph設(shè)定值sv、ph實際測量值pv、堿性物料1加入量設(shè)定值sv1和堿性物料2加入量實際測量值pv2。

優(yōu)選還包括一個控制模式切換模塊，根據(jù)ph值濃度確定不同堿性物料加入方式后，切換ph值自動控制步驟中的比例、積分和微分參數(shù)。

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)用人工方法調(diào)節(jié)首先需要判斷ph值目前所處范圍并增加或減少堿性物料1和2的投料量，且投料量改變后仍需投入全部精力持續(xù)關(guān)注污水ph值變化的技術(shù)缺陷，通過多模式控制將由于污水進(jìn)料量波動對ph值影響的可能性降至最低，最大限度地減少由于污水進(jìn)料量波動導(dǎo)致化工生產(chǎn)過程污水環(huán)保指標(biāo)不合格的可能性。

附圖說明

圖1給出了現(xiàn)有技術(shù)中采用人工操作控制ph值濃度的示意圖；

圖2給出了本發(fā)明的保持ph值穩(wěn)定的多模式控制方法和裝置的總體示意圖；

圖3給出了本發(fā)明的保持ph值穩(wěn)定的多模式控制方法的優(yōu)選實施示意圖；以及

圖4給出了本發(fā)明的保持ph值穩(wěn)定的多模式控制裝置的優(yōu)選實施示意圖。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

參見圖2，其示出本發(fā)明的保持ph值穩(wěn)定的多模式控制方法，該控制方法包括以下步驟：

ph值設(shè)定步驟，根據(jù)工藝要求確定ph設(shè)定值sv；

測量步驟，測量待中和物料加入流量fi、測量ph實際值pv、測量堿性物料1的實際加入量pv1和堿性物料2的實際加入量pv2；

ph值自動控制步驟，根據(jù)設(shè)定的ph值sv和測得的ph實際測量值pv，利用反饋算法獲得控制量輸出值mv；

ph值濃度超限判定步驟，根據(jù)所得到的控制量輸出值mv判斷需要加入堿性物料的方式；

堿性物料1加入步驟，當(dāng)mv小于等于所設(shè)定的閾值時，其作為堿性物料1加入量設(shè)定值sv1，在該范圍僅通過加入堿性物料1，以自動控制ph值達(dá)到所述ph設(shè)定值sv；

ph值前饋控制步驟，當(dāng)mv大于所設(shè)定的閾值時，在該范圍需要通過計算得到維持ph設(shè)定值時需補(bǔ)加的堿性物料量，作為堿性物料2加入量的設(shè)定值sv2；

堿性物料2加入量自動控制步驟，根據(jù)sv2和測得的堿性物料2加入量實際測量值pv2，利用反饋算法獲得控制量輸出值mv2；

堿性物料2加入量執(zhí)行步驟，調(diào)節(jié)一個流量閥的開度mv2，以實現(xiàn)該堿性物料加入量控制。

運(yùn)行結(jié)果顯示步驟，實時顯示待中和物料加入流量fi、ph設(shè)定值sv、ph實際測量值pv、堿性物料1加入量設(shè)定值sv1和堿性物料2加入量實際測量值pv2。

控制參數(shù)切換步驟，根據(jù)ph值濃度設(shè)定ph值自動控制步驟中的比例、積分和微分參數(shù)。

通常情況下，在實施本發(fā)明時，上述ph值設(shè)定步驟、測量步驟、ph值自動控制步驟、ph值濃度超限判定步驟、堿性物料1加入步驟、ph值前饋控制步驟、堿性物料2加入量自動控制步驟、堿性物料2加入量執(zhí)行步驟、運(yùn)行結(jié)果顯示步驟和控制參數(shù)切換步驟均在分布式控制系統(tǒng)中自動完成。

根據(jù)化工企業(yè)實際生產(chǎn)工藝要求輸入ph值控制的設(shè)定值后，當(dāng)自動檢測到待中和污水進(jìn)料量發(fā)生波動后，最為關(guān)鍵的一步是通過前饋算法立刻計算出污水中h離子的量，然后再計算出oh離子的量從而計算應(yīng)當(dāng)?shù)募訅A量，這樣當(dāng)污水量或ph值發(fā)生大的變化時加堿量能夠及時跟蹤，從而減小ph的波動、快速保證ph值控制在所要求的范圍；再基于ph值測量結(jié)果通過反饋控制算法使得ph值繼續(xù)穩(wěn)定在設(shè)定值，完成克服污水流量波動后動態(tài)平衡的建立。上述方法和裝置既能夠幫助化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中維持ph值穩(wěn)定在工藝要求的設(shè)定值，同時又能夠在檢測到影響ph值的進(jìn)料發(fā)生大幅波動后，且第一種堿性物料的加入已經(jīng)無法繼續(xù)控制ph值時，快速自動調(diào)整另一種堿性物料的進(jìn)料量，從而滿足ph值控制的要求。該方法和裝置解決了化工生產(chǎn)過程中既要求正常生產(chǎn)過程中的ph值穩(wěn)定、又要求在受到大幅擾動情況下快速調(diào)整ph值至設(shè)定值的難題，克服了人工操作過程中二者不可兼顧的操作困難，極大地提高了控制精度和生產(chǎn)效率。

圖3示出本發(fā)明上述控制方法的具體實施例。如圖3所示，首先根據(jù)工藝要求確定ph設(shè)定值sv；測量待中和物料加入流量fi、測量ph實際值pv、測量堿性物料1的實際加入量pv1和堿性物料2的實際加入量pv2；根據(jù)設(shè)定的ph值sv和測得的ph實際測量值pv，利用反饋算法獲得控制量輸出值mv；繼續(xù)根據(jù)所得到的控制量輸出值mv判斷需要加入堿性物料的方式；當(dāng)mv小于等于所設(shè)定的閾值時，其作為堿性物料1加入量設(shè)定值sv1，在該范圍僅通過加入堿性物料1，以自動控制ph值達(dá)到所述ph設(shè)定值sv；當(dāng)mv大于所設(shè)定的閾 值時，在該范圍需要通過計算得到維持ph設(shè)定值時需補(bǔ)加的堿性物料量，作為堿性物料2加入量的設(shè)定值sv2；同時，根據(jù)ph值濃度設(shè)定ph值自動控制步驟中的比例、積分和微分參數(shù)；根據(jù)sv2和測得的堿性物料2加入量實際測量值pv2，利用反饋算法獲得控制量輸出值mv2；最終通過調(diào)節(jié)一個流量閥的開度mv2，以實現(xiàn)該堿性物料加入量控制。將待中和物料加入流量fi、ph設(shè)定值sv、ph實際測量值pv、堿性物料1加入量設(shè)定值sv1和堿性物料2加入量實際測量值pv2同步顯示。

作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種保持ph值穩(wěn)定的多模式控制裝置，參見圖2和圖4所示，圖4示出的裝置與圖3示出的控制方法對應(yīng)，該裝置包括：

設(shè)定模塊，對于ph值控制，用于接受ph設(shè)定值sv的輸入；對于堿性物料1加入量控制，用于接受堿性物料1加入量設(shè)定值sv1；

測量模塊，用于測量待中和物料加入流量fi、測量ph實際值pv、測量堿性物料1的實際加入量pv1和堿性物料2的實際加入量pv2；

反饋控制算法模塊，對于ph值控制，根據(jù)設(shè)定的ph值sv和測得的ph實際測量值pv，利用反饋算法獲得控制量輸出值作為堿性物料1加入量設(shè)定值sv1；對于堿性物料2加入量控制，根據(jù)sv2和測得的堿性物料2加入量實際測量值pv2，利用反饋算法獲得控制量輸出值mv2；

判斷模塊：用于判斷ph值濃度是否超過設(shè)定的閾值，從而進(jìn)一步確定是否需要加入堿性物料2；

前饋控制算法模塊，當(dāng)檢測到ph值濃度大于所設(shè)定的閾值時，在該范圍需要通過計算得到維持ph設(shè)定值時仍需增加補(bǔ)充的堿性物料量，作為堿性物料2加入量的設(shè)定值sv2；

執(zhí)行模塊，用于調(diào)節(jié)一個流量閥的開度，以實現(xiàn)該堿性物料2加入量控制值mv2。

運(yùn)行結(jié)果顯示模塊，用于實時顯示待中和物料加入流量fi、ph設(shè)定值sv、ph實際測量值pv、堿性物料1加入量設(shè)定值sv1和堿性物料2加入量實際測量值pv2。

控制模式切換模塊，根據(jù)ph值濃度確定不同堿性物料加入方式后，切換ph 值自動控制步驟中的比例、積分和微分參數(shù)。

進(jìn)一步地，上述堿性物料實際加入量測量模塊，其測量結(jié)果，即堿性物料1和堿性物料2的實際加入量，將輸出至反饋控制算法模塊和前饋控制算法模塊，用于建立新的動態(tài)平衡。

更進(jìn)一步地，上述反饋控制算法模塊，通過調(diào)節(jié)反饋控制算法中的比例、積分和微分相關(guān)參數(shù)，使得ph值和堿性物料2達(dá)到設(shè)定值并建立動態(tài)平衡。

更進(jìn)一步地，上述控制模式切換模塊，做多模式比例、積分和微分調(diào)節(jié)，當(dāng)控制器調(diào)節(jié)堿性物料1時，使用一組pid參數(shù)，當(dāng)控制器調(diào)節(jié)堿性物料2時，使用另一組pid參數(shù)。

更進(jìn)一步地，上述前饋控制算法模塊，將ph值(pv)以及進(jìn)污水量(fi)作為前饋來控制，利用這兩個參數(shù)計算出污水中h離子的量，然后再計算出oh離子的量從而計算應(yīng)當(dāng)?shù)募訅A量，即k*fi*10^-pv，這樣當(dāng)污水量或ph值發(fā)生大的變化時加堿量能夠及時跟蹤，從而減小ph的波動。

更進(jìn)一步地，上述執(zhí)行模塊，通過將堿性物料2最終加入量的計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為被現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥所接受的電信號，現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥接收到該信號后給出相應(yīng)的閥開度從而保證堿性物料2的最終加入。

上述，設(shè)定模塊、測量模塊、反饋控制算法模塊、判斷模塊、前饋控制算法模塊、執(zhí)行模塊、運(yùn)行結(jié)果顯示模塊和控制模式切換模塊，均基于分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)相關(guān)功能。

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)用人工方法調(diào)節(jié)首先需要判斷ph值目前所處范圍并增加或減少堿性物料1和2的投料量，且投料量改變后仍需投入全部精力持續(xù)關(guān)注污水ph值變化的技術(shù)缺陷，通過多模式控制將由于污水進(jìn)料量波動對ph值影響的可能性降至最低，最大限度地減少由于污水進(jìn)料量波動導(dǎo)致化工生產(chǎn)過程污水環(huán)保指標(biāo)不合格的可能性。

本發(fā)明可在dcs系統(tǒng)中實現(xiàn)實時獲取ph值和污水流量測量值，從而在dcs系統(tǒng)中實現(xiàn)基于反饋和前饋控制算法的ph值和堿性物料加入量多模式控制，本實施例可達(dá)到ph值在污水進(jìn)料量波動情況下的快速穩(wěn)定，和ph值在生產(chǎn)中的動態(tài)平衡，其過程不再需要任何人工干預(yù)。進(jìn)一步地，還可在dcs系統(tǒng)中實現(xiàn) ph設(shè)定值和實際測量值、堿性物料1和生產(chǎn)原料2實際加入量測量值變化趨勢的實時跟蹤顯示。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還將明白的是，結(jié)合這里的公開所描述的各種示例性邏輯塊、單元、電路和算法步驟可以被實現(xiàn)為電子硬件、計算機(jī)軟件或兩者的組合。為了清楚地說明硬件和軟件的這種可互換性，已經(jīng)就各種示意性組件、方塊、單元、電路和步驟的功能對其進(jìn)行了一般性的描述。這種功能是被實現(xiàn)為軟件還是被實現(xiàn)為硬件取決于具體應(yīng)用以及施加給整個系統(tǒng)的設(shè)計約束。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以針對每種具體應(yīng)用以各種方式來實現(xiàn)所述的功能，但是這種實現(xiàn)決定不應(yīng)被解釋為導(dǎo)致脫離本發(fā)明的范圍。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。