原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法

原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法
【專利摘要】本發明涉及水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法，根據流體力學原理計算酸堿中和反應完成距離；在反應完成距離設置第一pH監測探頭，在酸堿中和池的出口設置第二pH監測探頭；將第一pH監測探頭在時間t監測得到的pH值y1(t)和第二pH監測探頭在時間t監測得到的pH值y2(t)通過數模轉換器轉換成數字信號傳送到模糊PID控制器；在模糊PID控制器中預設pH的期望值r(t)；將r(t)-y1(t)的變化率ac(t)作為模糊控制器誤差變化率ec(K)；將r(t)-y2(t)作為模糊控制器誤差e(K)；模糊控制器根據離散化后的ec(K)和e(K)建立模糊數學模型，調節PID控制器的參數值，改變PID控制器的輸出函數u(t)，從而調節變量泵的輸出。本發明pH值控制精度高、對輸入待處理原水波動反應迅速、抗干擾能力強。
【專利說明】原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法
[【技術領域】]
[0001]本發明涉及PID模糊控制來調節調節pH值的方法，具體涉及水處理中的模糊PID控制調節pH值的方法。
[【背景技術】]
[0002]第一代pH值調節設備的特點和不足:
[0003]1.使用定量泵啟停控制
[0004]2.單點檢測pH值
[0005]3.固定 PID 參數值(Kp、K1、Kd)
[0006]4.現場調試PID參數值，工作量大
[0007]5.單點檢測pH值數據缺乏可靠性，反映不了誤差和誤差變化率問題
[0008]6.控制不準確，滿足不了要求較高工礦企業的需求，如電廠、鋼廠等
[0009]7.系統抗干擾能力弱
[0010]8.頻繁啟停定量泵，使泵和電機的使用壽命大大降低
[0011]第二代pH值調節設備的特點和不足:
[0012]1.使用變量泵連續輸入控制
[0013]2.單點檢測pH值
[0014]3.固定 PID 參數值(Kp、K1、Kd)
[0015]4.增加的PC遠程監控功能
[0016]5.單點檢測pH值數據缺乏可靠性，反映不了誤差和誤差變化率問題
[0017]6.現場調試PID參數值，工作量大
[0018]7.控制不夠準確，仍滿足不了要求較高工礦企業的需求，如電廠、鋼廠等
[0019]8.不能夠自適應調節PID參數值(Kp、K1、Kd)
[0020]9.系統抗干擾能力不強
[
【發明內容】
]
[0021]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種有關實現多點檢測參數模糊自適應PID自動控制pH值調節的方法。
[0022]為了實現上述目的，設計一種原水處理中的模糊PID控制調節pH值的方法，
[0023]原水進入酸堿中和池與酸/堿液進行酸堿中和；
[0024]酸/堿液通過變量泵送入所述的酸堿中和池中，變量泵通過模糊PID控制器控制，模糊PID控制器包含模糊控制器和PID控制器；
[0025]檢測原水流量和pH值；
[0026]根據流體力學原理計算酸堿中和反應完成距離；
[0027]在所述的反應完成距離設置第一 pH監測探頭，在酸堿中和池的出口設置第二 pH監測探頭；[0028]將第一 pH監測探頭在時間t監測得到的pH值yi (t)和第二 pH監測探頭在時間t監測得到的PH值y2 (t)通過數模轉換器轉換成數字信號傳送到模糊PID控制器；
[0029]在模糊PID控制器中預設pH的期望值r⑴；
[0030]將r(t)-yi(t)的變化率ac(t)作為模糊控制器誤差變化率ec⑷的依據，SPac (t) =Cle1 (t) /dt, G1 (t) =r (t) I1 (t)；
[0031]將r(t)-y2(t)作為模糊控制器誤差e (K)的依據；
[0032]模糊控制器根據離散化后的ec (K)和e (K)建立模糊數學模型，以此結果調節PID控制器的參數值，來改變PID控制器的輸出函數u (t)，從而調節變量泵的輸出。
[0033]上述控制方法還具有如下優化方案:
[0034]每2毫秒采樣一次，每10次采樣在除去一個最大值和一個最小值后，取平均值作為該采樣時間的采樣終值。
[0035]所述的模糊PID控制器通過通用控制器連接控制。
[0036]PC機通過RS485端口與通用控制器進行數據交換，實時檢測pH值檢測點數據及遠程控制變量泵站的流量。
[0037]PID控制器的參數值為Z Kp、Z KU Kd。
[0038]本原水處理中的模糊PID控制調節pH值的方法還能在在電廠、煉鋼廠水處理中應用。
[0039]本發明與現有技術相比，滿足了對pH值要求較高的場合:pH值控制精度高(比如電廠脫硫環節要求±0.2pH值)、對輸入待處理原水波動反應迅速、抗干擾能力強等需求。而且在設備成本增加很少(僅增加了一個PH值檢測探頭)的情況下，大大減少了現場調試費用和周期，節約了實際成本，同時使控制精度有了極大的提高(目前產品最精確只能做到土(0.8?1.0)ρΗ值，而采用這種方法能夠在同等條件下做到土(0.06?0.1)ρΗ值)。而且這種PH值自動調節設備是智能環保、發電廠及鋼鐵水處理行業的一個創新和飛躍，在針對自動控制技術進行應用的同時，糅合了數字技術、模擬技術、自動控制技術、模糊控制技術、酸堿中和過程的流體力學分析方法、建模方法及算法，實現這些技術和方法之間的優勢互補。
[0040]在實際設計中，我們采用雙泵站自動切換、相互備份的方式，提高安全、連續工作要求高的場合(如電廠、鋼廠等)；模糊控制器、PID控制器、通用控制器集成為一個控制器(一個CPU)的方式，并在PCB上涂特殊三防漆，使該設備控制性能更加可靠。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0041]圖1為本發明的設備系統圖；
[0042]圖2為本發明的自動控制原理圖；
[0043]參見附圖，
[0044]圖1中:①為第一個pH值檢測探頭，②為第二個pH值檢測探頭，③為變量泵站，④為模糊控制器，⑤為PID控制器，⑥為通用控制器，⑦為PC機。
[0045]圖2中，FC為模糊控制器，PID為PID控制器。
[【具體實施方式】][0046]為了使本發明更加清楚，結合附圖和實施例對本發明做進一步的補充說明，并不用于限制本發明的范圍。
[0047]實施例1
[0048]對于中和/反應池酸堿中和pH值的智能控制系統來說，是一個典型的強干擾、大時滯系統，特別對于池內液體無停留要求的PH值精確控制，控制難度非常高。對于中和/反應池來說，出口處pH值是排放或進入下一道處理工序的最終指標要求，必須設置一個檢測點，作為最終誤差檢測點；由于紊流/射流擴散時間較長，需要在基本擴散位置(酸堿中和反應完成距離)，設置一個檢測點，作為快速響應輸入待處理源水波動的監測點，從而為誤差變化率或變化趨勢提供依據。
[0049]從兩個檢測點這兩個數據建立模糊數學模型進行處理。于是可以有下數學模型:
[0050]
【權利要求】
1.一種原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法， 原水進入酸堿中和池與酸/堿液進行酸堿中和； 酸/堿液通過變量泵送入所述的酸堿中和池中，變量泵通過模糊PID控制器控制，模糊PID控制器包含模糊控制器和PID控制器； 檢測原水流量和pH值； 其特征在于: 根據流體力學原理計算酸堿中和反應完成距離； 在所述的反應完成距離設置第一 PH監測探頭，在酸堿中和池的出口設置第二 pH監測探頭; 將第一 pH監測探頭在時間t監測得到的pH值yi (t)和第二 pH監測探頭在時間t監測得到的PH值y2 (t)通過數模轉換器轉換成數字信號傳送到模糊PID控制器； 在模糊PID控制器中預設pH的期望值r(t)； 將r(t)_yi(t)的變化率ac(t)作為模糊控制器誤差變化率ec (K)，即ac (t) =Cle1 (t) /dt, e1(t)=r(t)-y1(t)； 將r (t) -y2 (t)作為模糊控制器誤差e (K)； 模糊控制器根據離散化后的ec (K)和e (K)建立模糊數學模型，以此結果調節PID控制器的參數值，來改變PID控制器的輸出函數u (t)，從而調節變量泵的輸出。
2.如權利要求1所述的原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法，其特征在于每2毫秒采樣一次，每10次采樣在除去一個最大值和一個最小值后，取平均值作為該采樣時間的采樣終值。
3.如權利要求1所述的原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法，其特征在于所述的模糊PID控制器通過通用控制器連接控制。
4.如權利要求3所述的原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法，其特征在于PC機通過RS485端口與通用控制器進行數據交換，實時檢測PH值檢測點數據及遠程控制變量泵站的流量。
5.如權利要求1所述的原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法，其特征在于PID控制器的參數值為」Kp、」1、」Kdo
6.一種權利要求1?5任一原水處理中的多點檢測模糊PID控制調節pH值的方法在電廠、煉鋼廠水處理中的應用。
【文檔編號】G05D21/02GK103455055SQ201310385167
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】李春暉, 王攀峰, 陳良, 張國義 申請人:施勒智能建筑系統（上海）有限公司