CN116216806A - 调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法及控制系统，实时采集调相机外冷水系统水中的药剂浓度和水质的参数；根据实时采集的数据动态调节投入运行的风机数量、风机转速、加药装置；实现了加药装置的自动控制，有效提升了外冷水的水质，解决了藻类滋生和大面积结垢等问题。

Description

调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法及控制系统

技术领域

本发明属于水质控制技术领域，尤其涉及调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法及控制系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

调相机外冷水系统藻类滋生情况严重，同时易发生结垢，影响换热器的冷却效果。目前全网调相机各站外冷水系统加药方式包括两种：

1、采用人工加药，周期性的向外冷水池中一次加入大量的杀菌剂和阻垢剂等药剂。

由于目前调相机站运维人员较少，且同时实验室未配备相关的试验仪器，仅仅通过一个电导率表无法准确掌握水质情况。缺少对水质的判断，因此存在加药过早或者过晚的问题。

2、存在相关的自动加药系统，但是由于在加药时考虑的因素不全面，在控制时没有结合各种参数进行最优判断，属于分散控制，不能综合各种因素进行智能判断，导致加药依然无法实现根据水质情况进行自适应的调整。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，根据水质的实时情况，实时监测各种参数，根据程序预先设定的方法实现按照规则自动调整加药量，从而更好的控制外冷水的水质，调整外冷水水质各项参数达到最佳效果，防止藻类滋生和大面积结垢等问题的发生。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，包括：

实时采集调相机外冷水系统水中的药剂浓度和水质的参数；

根据实时采集的数据动态调节投入运行的风机数量、风机转速、加药装置；

其中，对阻垢缓蚀剂进行控制时，将水质硬度和碱度设定最优值和检测值的偏差值设定为第一级单目标值，如果硬度和碱度设定最优值和检测值的偏差值异常，则将异常的偏差值设定相应的权重作为约束条件添加到第二级单目标值中，所述第二级单目标值为氯离子设定最优值和检测值的偏差值；

将腐蚀率设定最优值和检测值的偏差值、氯离子设定最优值和检测值的偏差值设定相应的权重作为二级约束添加到第三级单目标值的中，求其最优值并将结果作为参数控制加药阀开启的幅度。

作为进一步的技术方案，所述水质的参数至少包括：水质的流量、在线电导率、PH值、ORP、浊度、腐蚀速率、氯离子、硬度及碱度。

作为进一步的技术方案，对于药剂浓度监测具体为：

采用在线式荧光传感器按照设定间隔时间检测水中的荧光型药剂浓度，如果药剂浓度值高于设定点，控制器将停止加药，如果药剂浓度值低于设定点，控制器将开启加药泵。

作为进一步的技术方案，获取在线电导率并传输至控制器，如果电导率高于设定点，控制器将开大排污阀；如果电导率低于设定点，控制器将关闭排污阀直至电导率在目标范围。

作为进一步的技术方案，利用在线pH传感器实时监测循环水系统的pH值，pH高于设定点，pH信号将发送至控制器，控制器将开大加酸泵，如果pH低于设定点的话，控制器将关掉加酸泵。

作为进一步的技术方案，获取浊度数据，浊度数据若有急剧变化预示着系统有重大的水质波动。

作为进一步的技术方案，获取ORP数据，如果高于设定值，ORP信号将发送至控制器，控制器将关小加氧化性杀菌灭藻剂泵，如ORP低于设定点的话，控制器将开大氧化性杀菌灭藻剂泵。

作为进一步的技术方案，通过比色试剂法在线监测循环水系统氯离子浓度。

作为进一步的技术方案，通过输入补水电导率并对循环水的实时电导率检测，可以计算系统浓缩倍数。

第二方面，公开了调相机外冷水系统水质监控的自适应控制系统，包括：

数据采集设备，用于实时采集调相机外冷水系统水中的药剂浓度和水质的参数；

控制器，接收数据采集设备传输的数据并根据实时采集的数据动态调节投入运行的风机数量、风机转速、加药装置。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明技术方案能解决调相机外冷水系统的水质在线智能监测、数据采集、数据分析和加药装置的自动控制。获取关键控制指标利用在线监测技术研制外冷水系统智能监测和控制系统。

通过定期化验与在线监测结果的比对，计算在线和离线指标的拟合度，评估智能监测和控制系统。通过装置自适应调整，提升外冷水系统运行状态。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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。

图1为本发明实施例方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

调相机的循环水系统采用母管制供水系统，其流程为：冷却塔集水池→循环水回水管(沟)>循环水泵房一循环水供水压力管一调相机冷却换热系统一循环水排水压力管一冷却塔→冷却塔集水池。

外冷水系统设计的主要功能是：通过过滤和水处理装置，将换流站水质较差的水制成满足换热器材质的水。

实施例一

本实施例公开了调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，包括：

通过实时监测采集水中的药剂浓度和水质的流量、在线电导率、PH值、ORP、浊度、腐蚀速率、氯离子、硬度、碱度等参数，根据设置的最优参数来调节投入运行的风机数量、风机转速、加药装置，实现各项参数的最优化动态调整，并且带有水质监测报警、故障监测报警功能。

上述数据在采集时分别加相应的传感器，传感器采集到的数据通过总线传输到控制器，控制器进行总和分析，发出控制指令。具体的，控制在接收到上述数据后，除了多个参数对一种药物的添加有影响的因素之外，例如，针对阻垢缓蚀剂，有多个参数，分多级进行控制，其余的参数控制优先级相同。

对于在线药剂浓度监测：采用智能型在线式荧光传感器，通过测定荧光技术每3秒钟一次检测水中的荧光型药剂浓度，并由智能控制器保持系统中目标的阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂的浓度。如果药剂浓度值高于设定点，控制器将停止加药，如果药剂浓度值低于设定点，控制器将开启加药泵。实现反馈闭环控制，不论热负荷变化、不论浓缩倍数的变化，都能使得系统药剂浓度始终在控制目标附近较小的范围。这通过直接监测药物浓度的方法解决了药剂浓度的检测和控制的问题。

在线电导率、PH值、ORP、浊度、腐蚀速率、氯离子、硬度和碱度监测：

电导率监测采用全数字化检测技术，采用耐污染和抗干扰设计，自带隔离式RS-485数字通讯，能准确通过数字信号传输给控制器来控制排污。如果电导率高于设定点，控制器将开大排污阀；如果电导率低于设定点，控制器将关闭排污阀直至电导率在目标范围。通过对循环水的实时电导率检测，进而通过浓缩倍数控制排污。

另外，氯离子偏高会引起腐蚀现象，通过比色试剂法可在线监测循环水系统氯离子浓度，可以有效控制氯离子浓度，避免浓度过高带来的腐蚀效果。

当系统运行浓缩倍数较高，接近水处理极限时，会出现多种离子浓缩倍数分离的现象，用电导率作为浓缩倍数控制，可能就不够精准。

在线pH传感器可以实时监测循环水系统的pH值，对系统中的pH值出现风险时提前做出预警。也可以通过在线pH传感器来实现与加酸泵联动，控制加酸量调节系统pH维持在目标值附近。

在线ORP的数据，可以很有效的表明系统是否存在微生物大量繁殖，或大量有机质泄露到系统的故障存在。氧化性杀菌剂由ORP(氧化还原电位)监测和控制，保证冷却水中足够的余氯。

浊度探头监测系统浊度变化情况，系统浊度急剧变化，也往往预示着系统有重大的水质波动，如泄漏产生。

在线式腐蚀速率监测仪则可以提供实时腐蚀速率情况，并且从趋势变化中及时对现场发生的水质变化给予报警。采用电化学探针法，测量腐蚀速率使用线性极化电阻技术(LPR)，金属腐蚀是一种电化学过程，本质主要是电化学的氧化还原反应，通过向两个被测试的金属电极上施加微小极化电压E(典型10mV)，测量流过电极的电流imeas来计算腐蚀电阻。

当腐蚀速率实时数据与pH、电导率、药剂浓度等数据联合对照时，则更容易发现异常情况的根源，从而得以及时处置，具体参见附图1所示。

碱度和硬度是水质中体现循环水系统结垢倾向的最重要指标，可以实现对碱度的自动化在线监测，便于更加密切的监测系统碱度硬度的变化和受药剂处理影响的结果，能够更有效的控制系统运行在接近极限时，依然能够保持良好的处理成效。

本发明用了目标规划模型的自校正控制方法。系统在线检测了电导率、PH值、ORP、浊度、腐蚀速率、氯离子、硬度和碱度的实时数据，根据数据控制相应的阀门作相应的判断。

阻垢缓蚀剂的控制方式为例，将d_H&d_A(硬度和碱度设定最优值和检测值偏差)设定为第一级单目标问题；如果d_H&d_A异常，则将异常的d_H&d_A数值设定相应的权重作为约束条件添加到第二级目标d_Cl(氯离子设定最优值和检测值偏差)中，求其最优值并将结果作为参数控制加药阀开启的幅度；最优值与每个参数的偏差值成正比。

同时将d_CR和d_Cl的结果数值设定相应的权重作为二级约束添加到第三级的d_EC(电导率设定最优值和检测值偏差)中，就第三级目标的最优值并且将结果作为参数控制加药阀开启的幅度。具体根据偏差值的大小，多参数联合控制的药物则按照多参数偏差值综合倍数与预设值的正比例来确定药物的添加量。

同时，本发明中，不同药物浓度传感器的实时监测数据可以直接控制加药装置，调节药物浓度到达最优值。

ORP监测控制方法：如果高于设定值，ORP信号将发送至控制器，控制器将关小加氧化性杀菌灭藻剂泵，如ORP低于设定点的话，控制器将开大氧化性杀菌灭藻剂泵。

PH值监测控制方法：pH高于设定点，pH信号将发送至控制器，控制器将开大加酸泵，如果pH低于设定点的话，控制器将关掉加酸泵。系统还设置了加药超时自锁的保护，使得系统在出现故障时避免加酸过量。

浊度若有急剧变化预示着系统有重大的水质波动，如泄漏产生；腐蚀速率的变化，可能比较剧烈；所以浊度和腐蚀速率的变化一般不用腐蚀速率作为加药装置实际投加的控制参数，而仅作为监测报警手段。

药物浓度传感器和水质检测数据互为补充，实现稳定可靠地自动加药控制。

自动加药装置工作流程如图1所示，其中：d_EC—电导率设定最优值和检测值偏差；d_Cl—氯离子设定最优值和检测值偏差；d_PH—PH值设定最优值和检测值偏差；d_ORP—ORP值设定最优值和检测值偏差；d_CR—腐蚀率设定最优值和检测值偏差；d_Tu—浊度设定最优值和检测值偏差；d_H—硬度设定最优值和检测值偏差；d_A—碱度设定最优值和检测值偏差。根据偏差比例进入程序，选择不同的药物控制量，具体为泵的开启幅度及时长。

实现了调相机外冷水系统水质的智能监测与根据水质自动调节，实现自适应，同时实现外冷水自动加药与调整、数据传输、监控预警等功能。实现了加药装置的自动控制，有效提升了外冷水的水质，解决了藻类滋生和大面积结垢等问题。

实施例二

本实施例的目的是提供了调相机外冷水系统水质监控的自适应控制系统，包括：

数据采集设备，用于实时采集调相机外冷水系统水中的药剂浓度和水质的参数；

控制器，接收数据采集设备传输的数据并根据实时采集的数据动态调节投入运行的风机数量、风机转速、加药装置。

该控制系统按照上述实施例子一中的具体方法对调相机外冷水系统的水质进行监测及自适应控制。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，包括：

实时采集调相机外冷水系统水中的药剂浓度和水质的参数；

根据实时采集的数据动态调节投入运行的风机数量、风机转速、加药装置；

其中，对阻垢缓蚀剂进行控制时，将水质硬度和碱度设定最优值和检测值的偏差值设定为第一级单目标值，如果硬度和碱度设定最优值和检测值的偏差值异常，则将异常的偏差值设定相应的权重作为约束条件添加到第二级单目标值中，所述第二级单目标值为氯离子设定最优值和检测值的偏差值；

将腐蚀率设定最优值和检测值的偏差值、氯离子设定最优值和检测值的偏差值设定相应的权重作为二级约束添加到第三级单目标值的中，求其最优值并将结果作为参数控制加药阀开启的幅度。

2.如权利要求1所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，所述水质的参数至少包括：水质的流量、在线电导率、PH值、ORP、浊度、腐蚀速率、氯离子、硬度及碱度。

3.如权利要求1所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，对于药剂浓度监测具体为：

采用在线式荧光传感器按照设定间隔时间检测水中的荧光型药剂浓度，如果药剂浓度值高于设定点，控制器将停止加药，如果药剂浓度值低于设定点，控制器将开启加药泵。

4.如权利要求1所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，获取在线电导率并传输至控制器，如果电导率高于设定点，控制器将开大排污阀；如果电导率低于设定点，控制器将关闭排污阀直至电导率在目标范围。

5.如权利要求1所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，利用在线pH传感器实时监测循环水系统的pH值，pH高于设定点，pH信号将发送至控制器，控制器将开大加酸泵，如果pH低于设定点的话，控制器将关掉加酸泵。

6.如权利要求1所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，获取浊度数据，浊度数据若有急剧变化预示着系统有重大的水质波动。

7.如权利要求1所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，获取ORP数据，如果高于设定值，ORP信号将发送至控制器，控制器将关小加氧化性杀菌灭藻剂泵，如ORP低于设定点的话，控制器将开大氧化性杀菌灭藻剂泵。

8.如权利要求1所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，通过比色试剂法在线监测循环水系统氯离子浓度。

9.如权利要求1所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法，其特征是，通过输入补水电导率并对循环水的实时电导率检测，可以计算系统浓缩倍数。

10.实现权利要求1-9任一所述的调相机外冷水系统水质监控的自适应控制方法的系统，其特征是，包括：

数据采集设备，用于实时采集调相机外冷水系统水中的药剂浓度和水质的参数；

控制器，接收数据采集设备传输的数据并根据实时采集的数据动态调节投入运行的风机数量、风机转速、加药装置。

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