CN105327658A - 一种混液装置及其控制算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体混合设备技术领域，具体地说是一种混液装置及其控制算法，其特征在于还设有与反应釜的进液口相连接的进液机构，所述进液机构包括试剂箱、进液管、进气管、装有气体的气瓶，其中试剂箱顶部设有进气口，试剂箱上还设有出液口，气瓶或气压产生装置经进气管与试剂箱顶部的进气口相连接，试剂箱上的出液口经进液管与反应釜上的进液口相连接，用于连接气瓶或气压产生装置和试剂箱的进气管上设有减压阀、压力检测装置以及电磁进气阀，用于连接试剂箱和反应釜的进液管上设有进液阀，进液阀与进液控制机构相连接，本发明与现有技术相比，具有结构合理、效率高、成本低、可靠性高、抗腐蚀等显著的优点。

Description

一种混液装置及其控制算法

技术领域：

本发明涉及气液混合设备技术领域，具体地说是一种结构合理、效率高、造价低，能够广泛适用于食品、制药、化工等领域的混液装置及其控制算法。

背景技术：

众所周知，人们生产生活中的很多用品，例如消毒液或碳酸调配饮料等，都是多溶液混合制成，甚至多种气体与多种溶液混溶后获得。这类产品在调配过程中要用到混液设备，此类设备目前一般设有容置腔，以及与容置腔相连接的多个输液或输气机构，为了提高混液效率，控制气、液的混合比例，输液或输气机构一般设有进液泵或气泵，使用时需要提供外部能源，此类混液装置存在结构复杂、混液效率不高、造价高等问题。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种结构合理、效率高、造价低，能够广泛适用于食品、制药、化工等领域的混液装置及其控制算法。

本发明可以通过以下措施达到：

一种混液装置，设有用于容置混合溶液的反应釜，反应釜上设有进液口、出液口、进气口，其特征在于还设有与反应釜的进液口相连接的进液机构，所述进液机构包括试剂箱、进液管、进气管、装有气体的气瓶或气压产生装置，其中试剂箱顶部设有进气口，试剂箱上还设有出液口，气瓶或气压产生装置经进气管与试剂箱顶部的进气口相连接，试剂箱上的出液口经进液管与反应釜上的进液口相连接，用于连接气瓶和试剂箱的进气管上设有减压阀、压力检测装置以及电磁进气阀，用于连接试剂箱和反应釜的进液管上设有进液阀，进液阀与进液控制机构相连接。

本发明可以根据需要设有两组以上与反应釜的进液口相连接的进液机构。

本发明所述反应釜的进气口开设在反应釜下部或底部，进气口上接有进气机构，进气机构包括气瓶、送气管以及安装在送气管上的减压阀、压力检测装置及电磁进气阀，气瓶经送气管与反应釜的进气口相连接，为了进一步提高气体混溶效果，进气机构还设有与送气管末端相连接的气盘，使用时气盘置于反应釜内，经送气管送入的气体通过气盘的多孔结构送出，能够显著提高气体与反应釜内液体的接触面积，从而达到提高气体混溶效果的目的。

本发明所述进液控制机构中设有PWM控制器，进液阀采用电磁阀，PWM控制器与电磁阀相连接，通过控制电磁阀的开闭实现对进液量的控制。

本发明还提出了一种如上所述混液装置的控制算法，其特征在于包括以下内容：

反应釜中反应原理为：ClO^-+H₂O+CO₂＝HClO+HCO₃ ^-，HClO的浓度要求在50～100ppm范围内，将此值命名为给定值r；通过控制装置内NaClO的量来调节生成物HClO的浓度，阀门开闭时间为t₁，令所用NaClO浓度为Amg/mL，NaClO单位时间进量为amL/s，则在t时间内NaClO进量为a(t+t₁)mL，ClO^-相对原子质量为48.5，则ClO^-进量为48.5Aa(t+t₁)mg；根据离子守恒，则HClO生成量为49.5Aa(t+t₁)mg；反应釜中液体总体积为VL，则HClO的浓度为y＝49.5Aa(t+t₁)/Vmg/L；而反应釜中的反应在水中进行，设水的体积为V₁，则HClO的浓度可进一步表示为y＝49.5Aa(t+t₁)/V₁mg/L；根据要求，HClO浓度限定在50～100ppm内，1ppm＝1mg/L,即49.5Aa(t+t₁)/V₁＝50～100，可得即经过时间后，HClO浓度达到要求，记此时间为t^*；

控制过程中，用控制NaClO进量调节HClO生成浓度的同时，还应将HClO浓度反馈给控制器，以便随时调节NaClO进量，避免HClO浓度过大；因为此控制系统为大时滞非线性控制系统，所以宜采用模糊-PID控制算法，将模糊控制器与PID控制器相串联，形成串联结构；当HClO浓度大于100ppm或小于50ppm时，偏差e＝y-r和模糊量u共同用作PID的输入信号，对PID产生较强的控制信号，系统的动态响应较快；而浓度在50～100ppm内，则模糊控制器开关K断开，只有e进入PID控制器，由于此时系统的输出和给定值已经很接近，所以能很快地趋于给定值，消除稳态误差。这种结构的模糊控制器产生阶梯状的非线性控制信号作用于PID控制器，并以比例(P)调节改善其线性度，积分(I)实现无差调节，微分(D)实现快速调节。

本发明在工作时，多种待混合的液体分别经过多路进液机构进入反应釜，进液机构工作时，通过气瓶或气压产生装置向试剂箱送出气体，使试剂箱内的液体在气压作用下沿进液管送入反应釜，采用该结构的进液机构不需要配备进液泵，不仅能够降低装置成本，而且能够克服在混溶腐蚀性药品时进液泵易被腐蚀，输液泵内部或管道内存有少量气体时所引发的输液泵工作不正常或输液量异常等问题；此外当需要进行气体与液体的混溶时，使待混溶气体经过进气机构送入反应釜，进气机构中设有置于反应釜底部的气盘，气体经气盘送入反应釜能够有效提高气体与溶液的接触面积，进而提高混溶效果，提高混液效率；本发明还设有PWM控制器，PWM控制器采用脉宽调制控制方式调整进液机构中电磁阀的开闭，从而实现对进液量的调整，本发明与现有技术相比，具有结构合理、混液效率高、可靠性高、成本低、抗腐蚀等显著的优点。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明控制算法结构原理图。

附图标记：反应釜1、试剂箱2、进液管3、进气管4、气瓶或气压产生装置5、减压阀6、压力检测装置及电磁进气阀7、进液阀8、进液控制机构9、进气机构10。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如附图1所示，本发明提出了一种混液装置及其控制算法，设有用于容置混合溶液的反应釜1，反应釜1上设有进液口、出液口、进气口，其特征在于还设有与反应釜1的进液口相连接的进液机构，所述进液机构包括试剂箱2、进液管3、进气管4、装有气体的气瓶5，其中试剂箱2顶部设有进气口，试剂箱2上还设有出液口，气瓶5经进气管4与试剂箱2顶部的进气口相连接，试剂箱2上的出液口经进液管3与反应釜1上的进液口相连接，用于连接气瓶或气压产生装置5和试剂箱2的进气管4上设有减压阀6以及压力检测装置以及电磁进气阀7，用于连接试剂箱2和反应釜1的进液管3上设有进液阀8，进液阀8与进液控制机构9相连接。

本发明可以根据需要设有两组以上与反应釜的进液口相连接的进液机构。

本发明所述反应釜1的进气口开设在反应釜1下部或底部，进气口上接有进气机构10，进气机构10包括气瓶、送气管以及安装在送气管上的减压阀、压力检测装置以及电磁进气阀，气瓶经送气管与反应釜的进气口相连接，为了进一步提高气体混溶效果，进气机构10还设有与送气管末端相连接的气盘，使用时气盘置于反应釜1内，经送气管送入的气体通过气盘的多孔结构送出，能够显著提高气体与反应釜1内液体的接触面积，从而达到提高气体混溶效果的目的。

本发明所述进液控制机构9中设有PWM控制器，进液阀采用电磁阀，PWM控制器与安装在进液管上的电磁阀相连接，通过控制电磁阀的开闭实现对进液量的控制。

本发明在工作时，多种待混合的液体分别经过多路进液机构进入反应釜1，进液机构工作时，通过气瓶或气压产生装置5向试剂箱2送出气体，使试剂箱2内的液体在气压作用下沿进液管送入反应釜1，采用该结构的进液机构不需要配备进液泵，不仅能够降低装置成本，而且能够克服在混溶腐蚀性药品时设备腐蚀，输液泵内部或管道内存有少量气体时所引发的输液泵工作不正常或输液量异常等问题；此外当需要进行气体与液体的混溶时，使待混溶气体经过进气机构10送入反应釜1，进气机构10中设有置于反应釜1底部的气盘，气体经气盘送入反应釜1能够有效提高气体与溶液的接触面积，进而提高混溶效果；本发明还设有进液控制机构9，进液控制机构9中设有PWM控制器，PWM控制器采用脉宽调制控制方式调整进液机构中电磁阀的开闭，从而实现对进液量的调整，本发明与现有技术相比，具有结构合理、成本低、抗腐蚀等显著的优点。

Claims (4)

1.一种混液装置，设有用于容置混合溶液的反应釜，反应釜上设有进液口、出液口、进气口，其特征在于还设有与反应釜的进液口相连接的进液机构，所述进液机构包括试剂箱、进液管、进气管、装有气体的气瓶，其中试剂箱顶部设有进气口，试剂箱上还设有出液口，气瓶或气压产生装置经进气管与试剂箱顶部的进气口相连接，试剂箱上的出液口经进液管与反应釜上的进液口相连接，用于连接气瓶或气压产生装置和试剂箱的进气管上设有减压阀、压力检测装置以及电磁进气阀，用于连接试剂箱和反应釜的进液管上设有进液阀，进液阀与进液控制机构相连接。

2.根据权利要求1所述的一种混液装置，其特征在于设有两组以上与反应釜的进液口相连接的进液机构。

3.根据权利要求1所述的一种混液装置，其特征在于所述反应釜的进气口开设在反应釜下部或底部，进气口上接有进气机构，进气机构包括气瓶、送气管以及安装在送气管上的减压阀、压力检测装置以及电磁进气阀，气瓶经送气管与反应釜的进气口相连接，进气机构还设有与送气管末端相连接的气盘，盘置于反应釜内。

4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的混液装置的控制算法，其特征在于包括以下内容：反应釜中反应原理为：ClO^-+H₂O+CO₂＝HClO+HCO₃ ^-，HClO的浓度要求在50～100ppm范围内，将此值命名为给定值r；通过控制装置内NaClO的量来调节生成物HClO的浓度，阀门开闭时间为t₁，令所用NaClO浓度为Amg/mL，NaClO单位时间进量为amL/s，则在t时间内NaClO进量为a(t+t₁)mL，ClO^-相对原子质量为48.5，则ClO^-进量为48.5Aa(t+t₁)mg；根据离子守恒，则HClO生成量为49.5Aa(t+t₁)mg；反应釜中液体总体积为VL，则HClO的浓度为y＝49.5Aa(t+t₁)/Vmg/L；而反应釜中的反应在水中进行，设水的体积为V₁，则HClO的浓度可进一步表示为y＝49.5Aa(t+t₁)/V₁mg/L；

根据要求，HClO浓度限定在50～100ppm内，1ppm＝1mg/L,即49.5Aa(t+t₁)/V₁＝50～100，可得 $t=\frac{(50~100)V_1}{49.5Aa}-t_1,$ 即经过 $t=\frac{(50~100)V_1}{49.5Aa}-t_1$ 时间后，HClO浓度达到要求，记此时间为t^*；

控制过程中，用控制NaClO进量调节HClO生成浓度的同时，还将HClO浓度反馈给控制器，以便随时调节NaClO进量，避免HClO浓度过大；因为此控制系统为大时滞非线性控制系统，所以宜采用模糊-PID控制算法，将模糊控制器与PID控制器相串联，形成串联结构；当HClO浓度大于100ppm或小于50ppm时，偏差e＝y-r和模糊量u共同用作PID的输入信号，对PID产生较强的控制信号，系统的动态响应较快；而浓度在50～100ppm内，则模糊控制器开关K断开，只有e进入PID控制器，由于此时系统的输出和给定值已经很接近，所以能很快地趋于给定值，消除稳态误差；这种结构的模糊控制器产生阶梯状的非线性控制信号作用于PID控制器，并以比例(P)调节改善其线性度，积分(I)实现无差调节，微分(D)实现快速调节。