CN112947617A - 机器学习装置、pH值智能微调控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器学习装置、pH值智能微调控制系统及其控制方法，该机器学习装置，包括：状态观测单元，用于获取溶液调整前的溶液参数、添加的pH校正溶液及其剂量以及溶液经过调整后的pH值；学习单元，用于将调整前的溶液参数、pH校正溶液及其剂量以及调整后的pH值关联起来进行学习，构建学习模型。本发明的机器学习装置利用人工智能的神经网络算法，将溶液调整前的溶液参数、pH校正溶液及其剂量以及溶液调整后的pH值关联起来进行学习，构建学习模型，利用该模型可以快速获取用于调整溶液pH值的pH校正溶液添加信息，进而完成对溶液pH值的调节。

Description

机器学习装置、pH值智能微调控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于化学工艺过程智能控制技术领域，具体涉及一种机器学习装置、pH值智能微调控制系统及其控制方法。

背景技术

在化学工业生产过程中，需要根据生产过程中的工艺参数，对某些液体的pH值进行精确配置，例如废液处理、发酵等。常用的调整方法，包括人工调节和自动调节。

人工调节方式是根据溶液的pH测量结果人工计算添加定量的酸试剂或碱试剂，混合均匀之后重复测量与添加的步骤，逐步调节溶液达到目标pH值。该方式通常需要重复多次地交替加入酸或碱才能达到期望的pH值，当溶液量较大(尤其是超过1000升)时，混合的过程需要较长时间(至少1～3分钟)才能使溶液组分分布均匀，溶液量在10000升以上时，需要的时间会更长。

常见的自动调节方式，则是预先通过溶液pH值变化与试剂配比相关的方程和大量的试验，得到pH值变化与需要添加的试剂量的对应关系数据库，然后根据该数据库与溶液的pH测量结果添加定量的酸试剂或碱试剂，混合均匀之后重复测量与添加的步骤，逐步调节溶液到目标pH值。

上述调整方法存在以下缺点：1.需要人工操作，可靠性较低；2.无法自动优化pH值变化与需要添加的试剂量的对应关系数据表；3.仅适用于固定的目标PH值。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种机器学习装置、pH值智能微调控制系统及其控制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种机器学习装置，包括：

状态观测单元，用于获取溶液调整前的溶液参数、添加的pH校正溶液及其剂量以及所述溶液经过调整后的pH值；

学习单元，用于将所述调整前的溶液参数、所述pH校正溶液及其剂量以及所述调整后的pH值关联起来进行学习，构建学习模型。

在本发明的一个实施例中，所述调整前的溶液参数至少包括所述溶液调整前的组分及对应的剂量、所述溶液调整前的温度、所述溶液调整前的pH值中的一个。

在本发明的一个实施例中，所述机器学习装置还包括：

储存单元，用于存储所述学习单元构建的所述学习模型。

本发明还提供了一种pH值智能微调控制系统，包括：pH值微调系统、控制模块、预测模块、以及如上述实施例中任一项所述的机器学习装置，其中，

所述机器学习装置、所述预测模块、所述控制模块以及所述pH值微调系统依次连接；

所述机器学习装置，用于获取学习模型；

所述预测模块，用于根据所述学习模型，获取pH校正溶液添加信息；

所述控制模块，用于根据所述pH校正溶液添加信息，产生控制信号；

所述pH值微调系统，用于根据所述控制信号对待调整溶液进行pH校正溶液添加以实现pH值调整。

在本发明的一个实施例中，所述预测模块包括溶液参数获取单元、目标pH值获取单元以及数据预测传输单元，其中，

所述溶液参数获取单元，用于获取溶液调整前的组分及对应的剂量、溶液调整前的温度以及溶液调整前的pH值；

所述目标pH值获取单元，用于获取生产过程中所述溶液的目标pH值；

所述数据预测传输单元，用于根据所述学习模型、所述溶液调整前的组分及对应的剂量、所述溶液调整前的温度、所述溶液调整前的pH值以及所述溶液的目标pH值，得到所述pH校正溶液添加信息，并将所述pH校正溶液添加信息传输至所述控制模块。

在本发明的一个实施例中，所述pH校正溶液添加信息包括酸性校正溶液添加剂量和碱性校正溶液添加剂量；相应的，

所述控制模块用于根据所述酸性校正溶液添加剂量，产生第一控制信号，所述pH值微调系统用于根据所述第一控制信号进行酸性校正溶液的添加；以及，

所述控制模块还用于根据所述碱性校正溶液添加剂量，产生第二控制信号，所述pH值微调系统用于根据所述第二控制信号进行碱性校正溶液的添加。

本发明又提供了一种pH值智能微调控制系统的控制方法，包括：

S1：获取学习模型、溶液调整前的溶液参数、以及目标pH值；

S2：根据所述学习模型、所述溶液调整前的溶液参数以及所述目标pH值，获取pH校正溶液添加信息；

S3：根据所述pH校正溶液添加信息，产生控制信号；

S4：根据所述控制信号对待调整溶液进行pH校正溶液添加以实现pH值调整。

在本发明的一个实施例中，所述溶液调整前的溶液参数包括：所述溶液调整前的组分及对应的剂量、所述溶液调整前的温度以及所述溶液调整前的pH值。

在本发明的一个实施例中，所述pH校正溶液添加信息包括酸性校正溶液添加剂量和碱性校正溶液添加剂量。

在本发明的一个实施例中，所述S3包括：

根据所述酸性校正溶液添加剂量，产生第一控制信号；或者，根据所述碱性校正溶液添加剂量，产生第二控制信号；

相应地，所述S4包括：

根据所述第一控制信号对所述待调整溶液进行酸性校正溶液添加，以实现pH值调整；或者，根据所述第二控制信号对所述待调整溶液进行碱性校正溶液添加，以实现pH值调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的机器学习装置利用人工智能的神经网络算法，将溶液调整前的溶液参数、pH校正溶液及其剂量以及溶液调整后的pH值关联起来进行学习，构建学习模型，利用该模型可以快速获取用于调整溶液pH值的pH校正溶液添加信息，进而完成对溶液pH值的调节；

2、本发明的pH值智能微调控制系统，设置有机器学习装置，可以快速获取用于调整溶液pH值的pH校正溶液添加信息，pH值微调系统根据该pH校正溶液添加信息对溶液的pH值进行调整，调整精度更高。

3、本发明的pH值智能微调控制系统的控制方法，通过学习模型快速获取用于调整溶液pH值的pH校正溶液添加信息，进而完成对溶液pH值的调节，对溶液的pH值调整时，速度更快，而且调整精度更高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种机器学习装置的模块框图；

图2是本发明实施例提供的一种pH值智能微调控制系统的模块框图；

图3是本发明实施例提供的一种pH值智能微调控制系统的控制方法流程图。

图标：1-pH值智能微调控制系统；10-机器学习装置；101-状态观测单元；102-学习单元；103-储存单元；20-pH值微调系统；30-控制模块；40-预测模块；401-溶液参数获取单元；402-目标pH值获取单元；403-数据预测传输单元。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种机器学习装置、pH值智能微调控制系统及其控制方法进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种机器学习装置的模块框图。如图所示，本实施例的机器学习装置10通过将调整前的溶液参数、pH校正溶液及其剂量以及调整后的pH值关联起来进行学习，从而构建可以获取pH校正溶液添加信息的学习模型，利用该学习模型可以对化工生产中溶液的pH值进行快速调节。

具体地，机器学习装置10包括：

状态观测单元101，用于获取溶液调整前的溶液参数、添加的pH校正溶液及其剂量以及溶液经过调整后的pH值；

学习单元102，用于将调整前的溶液参数、pH校正溶液及其剂量以及调整后的pH值关联起来进行学习，构建学习模型。

在本实施例中，调整前的溶液参数至少包括溶液调整前的组分及对应的剂量、溶液调整前的温度、溶液调整前的pH值中的一个。

优选地，学习单元102为带前馈的神经网络。

可选地，学习模型可以是输入层为溶液调整前的溶液参数和溶液经过调整后的pH值，输出层为pH校正溶液及其剂量的学习模型，也可以是输入层为溶液调整前的溶液参数和添加的pH校正溶液及其剂量，输出层为调整后的pH值的学习模型。

在本实施例中，溶液调整前的温度可以通过安装在溶液罐中的温度计进行测量。溶液调整前的pH值可以通过安装在溶液罐中的pH检测探头进行测量，为了降低学习误差，pH值数据用10^PH表示。

进一步地，本实施例的机器学习装置10还包括储存单元103，用于存储学习单元102构建的学习模型。此外，在构建得到学习模型之后，当获取到新的数据时，通过针对储存单元103所存储的学习模型进一步添加监督学习，以更新已经构建好的学习模型。

值得说明的是，该追加学习可以自动地执行，例如设定固定的更新周期(每周或者每月)，也可以根据用户的实际需求，不定期地更新已经构建好的学习模型。

本实施例的机器学习装置10利用人工智能的神经网络算法，将溶液调整前的溶液参数、pH校正溶液及其剂量以及溶液调整后的pH值关联起来进行学习，构建学习模型，利用该模型可以快速获取用于调整溶液pH值的pH校正溶液添加信息，进而完成对溶液pH值的调节。

为了实现机器学习装置10各个单元的功能，机器学习装置10具备CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)等的运算处理装置。另外，机器学习装置10还具备诸如保存了应用程序软件、OS(Operating System，操作系统)等各种控制用程序的HDD(Hard DiskDrive，硬盘驱动器)等的辅助存储装置、用于保存在运算处理装置执行程序的基础上暂时需要的数据的RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)的主存储装置。本实施例的机器学习装置10能够通过硬件与软件协作而实现。

实施例二

本实施例提供了一种pH值智能微调控制系统，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种pH值智能微调控制系统的模块框图。如图所示，本实施例的pH值智能微调控制系统1，包括pH值微调系统20、控制模块30、预测模块40、以及如实施例一所述的机器学习装置10。其中，机器学习装置10、预测模块40、控制模块30以及pH值微调系统20依次连接。

具体地，机器学习装置10，用于获取学习模型；预测模块40，用于根据学习模型，获取pH校正溶液添加信息；控制模块30，用于根据pH校正溶液添加信息，产生控制信号；pH值微调系统20，用于根据控制信号对待调整溶液进行pH校正溶液添加以实现pH值调整。

在本实施例中，预测模块40包括溶液参数获取单元401、目标pH值获取单元402以及数据预测传输单元403。其中，溶液参数获取单元401，用于获取溶液调整前的组分及对应的剂量、溶液调整前的温度以及溶液调整前的pH值；目标pH值获取单元402，用于获取生产过程中溶液的目标pH值；数据预测传输单元403，用于根据学习模型、溶液调整前的组分及对应的剂量、溶液调整前的温度、溶液调整前的pH值以及溶液的目标pH值，得到pH校正溶液添加信息，并将pH校正溶液添加信息传输至控制模块30。

可选地，数据预测传输单元403根据获取的调整前的溶液参数(组分及剂量，温度，调整前的PH值等)，与溶液的目标pH值一起调用学习模型进行预测，获取pH校正溶液添加信息，并将该pH校正溶液添加信息传输至控制模块30。

可选地，数据预测传输单元403根据获取的调整前的溶液参数(组分及剂量，温度，微调前的PH值等)，将pH校正溶液与其剂量作为变量一起调用学习模型进行预测，当学习模型的某一输出pH值与溶液的目标pH值匹配，则此时的pH校正溶液与其剂量即可作为pH校正溶液添加信息，并将该pH校正溶液添加信息传输至控制模块30。

在本实施例中，pH校正溶液添加信息包括酸性校正溶液添加剂量和碱性校正溶液添加剂量；相应的，控制模块30用于根据酸性校正溶液添加剂量，产生第一控制信号，pH值微调系统20用于根据第一控制信号进行酸性校正溶液的添加；以及，控制模块30还用于根据碱性校正溶液添加剂量，产生第二控制信号，pH值微调系统20用于根据第二控制信号进行碱性校正溶液的添加。

可选地，本实施例的pH值微调系统20包括酸性溶液罐和碱性溶液罐分别用于装载酸性校正溶液和碱性校正溶液。值得说明的是，在机器学习装置10学习过程中，pH校正溶液(包括酸性校正溶液与碱性校正溶液)与酸性溶液罐和碱性溶液罐中装载的酸性校正溶液和碱性校正溶液为同一种物质。

可选地，本实施例的pH值微调系统20还包括监测评估单元，在根据pH校正溶液添加信息对溶液的pH值进行调整后，监测评估单元对调整后溶液的实际pH值进行测量，将实际pH值与溶液的目标pH值进行比较，并评估误差是否在许可范围内，如果误差在许可范围内，则将该数据作为新的数据，以更新学习模型。如果误差超出许可范围，则发出警告，通知工程技术人员对整个生产工艺过程进行检测。

本实施例的pH值智能微调控制系统1，设置有机器学习装置10，可以快速获取用于调整溶液pH值的pH校正溶液添加信息，pH值微调系统20根据该pH校正溶液添加信息对溶液的pH值进行调整，调整精度更高。

进一步地，本实施例还提供了一种pH值智能微调控制系统的控制方法，请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种pH值智能微调控制系统的控制方法流程图。如图所示，该控制方法包括以下步骤：

S1：获取学习模型、溶液调整前的溶液参数、以及目标pH值；

S2：根据所述学习模型、所述溶液调整前的溶液参数以及所述目标pH值，获取pH校正溶液添加信息；

其中，溶液调整前的溶液参数包括：溶液调整前的组分及对应的剂量、溶液调整前的温度以及溶液调整前的pH值。

S3：根据所述pH校正溶液添加信息，产生控制信号；

S4：根据所述控制信号对待调整溶液进行pH校正溶液添加以实现pH值调整。

其中，pH校正溶液添加信息包括酸性校正溶液添加剂量和碱性校正溶液添加剂量。S3包括：

根据酸性校正溶液添加剂量，产生第一控制信号；或者，根据碱性校正溶液添加剂量，产生第二控制信号；

相应地，S4包括：

根据第一控制信号对待调整溶液进行酸性校正溶液添加，以实现pH值调整；或者，根据第二控制信号对待调整溶液进行碱性校正溶液添加，以实现pH值调整。

本实施例的pH值智能微调控制系统的控制方法，通过学习模型快速获取用于调整溶液pH值的pH校正溶液添加信息，进而完成对溶液pH值的调节，对溶液的pH值调整时，速度更快，而且调整精度更高。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器学习装置，其特征在于，包括：

状态观测单元，用于获取溶液调整前的溶液参数、添加的pH校正溶液及其剂量以及所述溶液经过调整后的pH值；

学习单元，用于将所述调整前的溶液参数、所述pH校正溶液及其剂量以及所述调整后的pH值关联起来进行学习，构建学习模型。

2.根据权利要求1所述的机器学习装置，其特征在于，所述调整前的溶液参数至少包括所述溶液调整前的组分及对应的剂量、所述溶液调整前的温度、所述溶液调整前的pH值中的一个。

3.根据权利要求1所述的机器学习装置，其特征在于，所述机器学习装置还包括：

储存单元，用于存储所述学习单元构建的所述学习模型。

4.一种pH值智能微调控制系统，其特征在于，包括：pH值微调系统、控制模块、预测模块、以及如权利要求1～3任一项所述的机器学习装置，其中，

所述机器学习装置、所述预测模块、所述控制模块以及所述pH值微调系统依次连接；

所述机器学习装置，用于获取学习模型；

所述预测模块，用于根据所述学习模型，获取pH校正溶液添加信息；

所述控制模块，用于根据所述pH校正溶液添加信息，产生控制信号；

所述pH值微调系统，用于根据所述控制信号对待调整溶液进行pH校正溶液添加以实现pH值调整。

5.根据权利要求4所述的pH值智能微调控制系统，其特征在于，所述预测模块包括溶液参数获取单元、目标pH值获取单元以及数据预测传输单元，其中，

所述溶液参数获取单元，用于获取溶液调整前的组分及对应的剂量、溶液调整前的温度以及溶液调整前的pH值；

所述目标pH值获取单元，用于获取生产过程中所述溶液的目标pH值；

所述数据预测传输单元，用于根据所述学习模型、所述溶液调整前的组分及对应的剂量、所述溶液调整前的温度、所述溶液调整前的pH值以及所述溶液的目标pH值，得到所述pH校正溶液添加信息，并将所述pH校正溶液添加信息传输至所述控制模块。

6.根据权利要求4所述的pH值智能微调控制系统，其特征在于，所述pH校正溶液添加信息包括酸性校正溶液添加剂量和碱性校正溶液添加剂量；相应的，

所述控制模块用于根据所述酸性校正溶液添加剂量，产生第一控制信号，所述pH值微调系统用于根据所述第一控制信号进行酸性校正溶液的添加；以及，

所述控制模块还用于根据所述碱性校正溶液添加剂量，产生第二控制信号，所述pH值微调系统用于根据所述第二控制信号进行碱性校正溶液的添加。

7.一种pH值智能微调控制系统的控制方法，其特征在于，包括：

S1：获取学习模型、溶液调整前的溶液参数、以及目标pH值；

S2：根据所述学习模型、所述溶液调整前的溶液参数以及所述目标pH值，获取pH校正溶液添加信息；

S3：根据所述pH校正溶液添加信息，产生控制信号；

S4：根据所述控制信号对待调整溶液进行pH校正溶液添加以实现pH值调整。

8.根据权利要求7所述的pH值智能微调控制系统的控制方法，其特征在于，所述溶液调整前的溶液参数包括：所述溶液调整前的组分及对应的剂量、所述溶液调整前的温度以及所述溶液调整前的pH值。

9.根据权利要求8所述的pH值智能微调控制系统的控制方法，其特征在于，所述pH校正溶液添加信息包括酸性校正溶液添加剂量和碱性校正溶液添加剂量。

10.根据权利要求9所述的pH值智能微调控制系统的控制方法，其特征在于，所述S3包括：

根据所述酸性校正溶液添加剂量，产生第一控制信号；或者，根据所述碱性校正溶液添加剂量，产生第二控制信号；

相应地，所述S4包括：

根据所述第一控制信号对所述待调整溶液进行酸性校正溶液添加，以实现pH值调整；或者，根据所述第二控制信号对所述待调整溶液进行碱性校正溶液添加，以实现pH值调整。

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