CN117215343A - 一种工业循环水智能加硫酸控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业循环水智能加硫酸控制方法，在线测量单元获取循环水他水池的pH值、碱度和药剂含量；pH期望值减去pH采样值作为pH‑PID算法的误差输入，同时使用权重系统K1进行比例分配；将pH期望值减去碱度作为碱度‑PID算法的误差输入，同时使用权重系统K2进行比例分配；pH期望值减去药剂含量作为药剂含量‑PID算法的误差输入，同时使用权重系统K3进行比例分配；控制单元使用pH‑PID算法、碱度‑PID算法、药剂含量‑PID算法计算出upH(t)、uJD(t)、uYJ(t)，累加处理后，直接作用于加硫酸单元，动态调整硫酸加药量。本发明方法在无需人工干预的情况下，便捷的实现控制工业循环水加硫酸的智能控制，避免循环水系统出现结垢。
Description
技术领域
本发明涉及工业循水中管道结垢技术领域，特别是涉及一种工业循环水智能加硫酸控制方法。
背景技术
目前多数工业循环水系统均有加硫酸装置，但是单一的使用pH值作为防止循环水系统结垢的控制指标，而且水质指标基本上是人工每天测量1-2次，由于人工取样的间隔时间长，且易发生测量误差，导致循环水系统的运行完全依赖运行人员经验，使工业循环水管道结垢的风险加大，造成换热效率降低，引发经济损失。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，避免循环水系统出现结垢现象，本发明提供一种工业循环水智能加硫酸方法，该装置在循环水正常运行的情况下，无需人工干预，自动监测循环水的pH值、碱度和阻垢剂含量。
为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种工业循环水智能加硫酸控制方法，基于工业循环水智能加硫酸系统，系统包括在线测量单元、加硫酸单元和控制单元；
控制方法包括以下步骤：
在线测量单元获取循环水他水池的pH值、碱度和药剂含量；
将pH期望值减去pH采样值作为pH-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K1进行比例分配；
将pH期望值减去碱度作为碱度-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K2进行比例分配；
pH期望值减去药剂含量作为药剂含量-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K3进行比例分配；
控制单元使用pH-PID算法、碱度-PID算法、药剂含量-PID算法计算出upH(t)、uJD(t)、uYJ(t)，累加处理后，直接作用于加硫酸单元，动态调整硫酸加药量。
作为本发明进一步改进，所述pH-PID算法结合pH结垢权重参数K1计算出控制量upH(t)方法为：
式中，其中Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为期望值和采样值的差值，u(t)为控制量；K1是代表pH值对循环水系统结垢影响因子。
作为本发明进一步改进，所述碱度-PID算法结合碱度结垢权重参数K2计算出控制量uJD(t)方法为：
式中，K2是代表碱度值对循环水系统结垢影响因子。
作为本发明进一步改进，所述药剂含量-PID结合药剂含量结垢权重参数K3计算出控制量uYJ(t)方法为：
式中，K3是代表药剂含量对循环水系统结垢影响因子。
作为本发明进一步改进，所述获取循环水他水池的pH值、碱度和药剂含量之前还包括：
设置pH-PID参数、碱度-PID参数和药剂含量-PID参数、pH结垢权重参数K1、碱度结垢权重参数K2、药剂含量结垢权重参数K3和pH期望值、碱度期望值和药剂含量期望值。
作为本发明进一步改进，所述在线测量单元包括pH在线测量仪、碱度在线测量仪、药剂含量在线测量仪，工业循环水塔水池出口设置有连通管路，连通管路并联设置pH在线测量仪、碱度在线测量仪、药剂含量在线测量仪。
作为本发明进一步改进，所述在线测量单元还包括循环水泵及采样排污手动阀；循环水泵入口连接至工业循环水塔水池，循环水泵通过连通管路连接pH在线测量仪、碱度在线测量仪、药剂含量在线测量仪；连通管路出口连接采样排污手动阀，采样排污手动阀出口连接管路至循环水塔水池。
作为本发明进一步改进，所述加硫酸单元包括硫酸罐和硫酸计量泵，硫酸罐出口通过硫酸计量泵入口手动阀与硫酸计量泵管路连接，硫酸计量泵通过硫酸计量泵出口手动阀连接至循环水塔水池中。
作为本发明进一步改进，所述控制单元包括触摸屏、PLC控制器，PLC控制器与pH在线测量仪、碱度在线测量仪和硫酸计量泵均电连接。
作为本发明进一步改进，所述直接作用于加硫酸单元是通过PLC控制器控制硫酸计量泵的流量。
所述pH值的正常运行指标为8.3～9.1，所述正常运行指标为3～10mmol/L，所述阻垢剂含量正常运行指标为15～60mg/L。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
采用该发明控制方法将影响循环水结垢的pH、碱度和药剂含量的三个指标，使用多指标权重分析法，在无需人工干预的情况下，避免循环水系统发生结垢，智能控制硫酸加药量，具体是在循环水泵出口处安装pH在线测量仪、碱度在线测试仪和药剂含量在线测量仪，根据循环水系统pH、碱度和药剂含量的运行指标，动态调节加硫酸量，提高了工业循环水系统运行的安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明工业循环水加硫酸控制系统；
图2为本发明工业循环水加硫酸控制算法图。
其中，1、硫酸罐；2、硫酸计量泵入口手动阀；3、硫酸计量泵；4、硫酸计量泵出口手动阀；5、循环水塔；6、循环水泵；7、凝汽器；8、采样出口手动阀；9、pH在线测量仪；10、碱度在线测量仪；11、药剂含量在线测量仪；12、采样排污手动阀；13、触摸屏；14、PLC控制器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明目的是提供一种工业循环水智能加硫酸控制方法，包括：
基于工业循环水智能加硫酸系统，系统包括在线测量单元、加硫酸单元和控制单元；
控制方法包括以下步骤：
在线测量单元获取循环水他水池的pH值、碱度和药剂含量；
将pH期望值减去pH采样值作为pH-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K1进行比例分配；
将pH期望值减去碱度作为碱度-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K2进行比例分配；
pH期望值减去药剂含量作为药剂含量-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K3进行比例分配；
控制单元使用pH-PID算法、碱度-PID算法、药剂含量-PID算法计算出upH(t)、uJD(t)、uYJ(t)，累加处理后，直接作用于加硫酸单元，动态调整硫酸加药量。
在线测量单元包括循环水泵6、采样出口手动阀8、pH在线测量仪9、碱度在线测量仪10、药剂含量在线测量仪11、采样排污手动阀12；循环水泵6入口连接至工业循环水塔5水池，循环水泵6出口设置有连通管路，连通管路上依次具有并排分布pH在线测量仪9、碱度在线测量仪10、药剂含量在线测量仪11；仪表采样出口连接至采样排污手动阀12，采样排污手动阀12出口连接管路至循环水塔5水池，避免水样浪费。
加硫酸单元包括硫酸罐1，硫酸罐1出口通过硫酸计量泵入口手动阀2与硫酸计量泵3管路连接，硫酸计量泵3通过硫酸计量泵出口手动阀4连接至循环水塔5水池中。
控制单元包括触摸屏13、PLC控制器14，PLC控制器14与pH在线测量仪9、碱度在线测量仪10和硫酸计量泵3均电连接。
本发明系统可以在无需人工干预的情况下，便捷的实现控制工业循环水智能加硫酸控制。
如图2所示，本发明第二个目的是提供一种工业循环水智能加硫酸控制方法，包括以下步骤：
PLC控制器得到pH在线测量仪信号后，与循环水水质运行期望值比较后，由于pH与加硫酸之间是正作用，即硫酸加药量越大，pH降低越大，所以PID算法的误差输入需要使用pH期望值减去pH采样值，同时使用权重系统K1进行比例分配，K1是代表pH值对循环水系统结垢影响因子。
PLC控制器得到碱度在线测量仪信号后，与循环水水质运行期望值比较后，由于碱度与加硫酸之间是正作用，即硫酸加药量越大，碱度降低越大，所以PID算法的误差输入需要使用碱度期望值减去碱度采样值，同时使用权重系统K2进行比例分配，K2是代表碱度值对循环水系统结垢影响因子。
PLC控制器得到药剂含量在线测量仪信号后，与循环水水质运行期望值比较后，由于药剂含量与加硫酸之间是反作用，即药剂含量越大，硫酸加药量越小，所以PID算法的误差输入需要使用药剂含量采样值减去药剂含量期望值，同时使用权重系统K3进行比例分配，K3是代表药剂含量对循环水系统结垢影响因子。
在循环水正常运行的情况下，无需人工干预，本发明的方法智能控制硫酸加药量，确保循环水系统不出现结垢现象，实现工业循环水系统的安全、稳定运行。
下面结合附图1和附图2对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例
如图1所示，本发明的一种工业循环水智能加硫酸系统，包括在线测量单元、加硫酸单元和控制单元。
其中，在线测量单元包括循环水泵6、采样出口手动阀8、pH在线测量仪9、碱度在线测量仪10、药剂含量在线测量仪11、采样排污手动阀12；循环水泵6入口连接至工业循环水塔5水池，循环水泵6出口设置有连通管路，连通管路上依次具有并排分布pH在线测量仪9、碱度在线测量仪10、药剂含量在线测量仪11；仪表采样出口连接至采样排污手动阀12，采样排污手动阀12出口连接管路至循环水塔5水池，避免水样浪费。
加硫酸单元包括硫酸罐1，硫酸罐1出口通过硫酸计量泵入口手动阀2与硫酸计量泵3管路连接，硫酸计量泵3通过硫酸计量泵出口手动阀4连接至循环水塔5水池中。
控制单元包括触摸屏13、PLC控制器14，PLC控制器14与pH在线测量仪9、碱度在线测量仪10和硫酸计量泵3均电连接。
如附图1所示，投运工业循环水智能加硫酸控制系统，打开采样出口手动阀8和采样排污手动阀12，在触摸屏13上设置pH-PID参数、碱度-PID参数和药剂含量-PID参数、pH结垢权重参数K1、碱度结垢权重参数K2、药剂含量结垢权重参数K3和pH期望值、碱度期望值和药剂含量期望值后，点击采样自动按钮，即可将工业循环水管道腐蚀控制系统投入自动运行。
基于上述工业循环水智能加硫酸控制方法，包括以下步骤：
如图2所示，PLC控制器得到pH在线测量仪信号后，与循环水水质运行期望值比较后，由于pH与加硫酸之间是正作用，即硫酸加药量越大，pH降低越大，所以PID算法的误差输入需要使用pH期望值减去pH采样值，同时使用权重系统K1进行比例分配，K1是代表pH值对循环水系统结垢影响因子。
PID计算公式如下：
其中Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为期望值和采样值的差值，u(t)为控制量；
pH-PID结合pH结垢权重参数K1计算出控制量upH(t)
PLC控制器得到碱度在线测量仪信号后，与循环水水质运行期望值比较后，由于碱度与加硫酸之间是正作用，即硫酸加药量越大，碱度降低越大，所以PID算法的误差输入需要使用碱度期望值减去碱度采样值，同时使用权重系统K2进行比例分配，K2是代表碱度值对循环水系统结垢影响因子。
碱度-PID结合碱度结垢权重参数K2计算出控制量uJD(t)
PLC控制器得到药剂含量在线测量仪信号后，与循环水水质运行期望值比较后，由于药剂含量与加硫酸之间是反作用，即药剂含量越大，硫酸加药量越小，所以PID算法的误差输入需要使用药剂含量采样值减去药剂含量期望值，同时使用权重系统K3进行比例分配，K3是代表药剂含量对循环水系统结垢影响因子。
药剂含量-PID结合药剂含量结垢权重参数K3计算出控制量uYJ(t)
PLC控制器计算出upH(t)、uJD(t)、uYJ(t)后，累加处理后，直接作用于硫酸计量泵，动态调整硫酸加药量。本发明方法可以在无需人工干预的情况下，便捷的实现控制工业循环水硫酸加药量，避免循环水系统出现结垢现象。
具体步骤为：
在触摸屏13上设置pH-PID参数、碱度-PID参数和药剂含量-PID参数、pH结垢权重参数K1、碱度结垢权重参数K2、药剂含量结垢权重参数K3和pH期望值、碱度期望值和药剂含量期望值。
点击自动运行按钮，当PLC控制器14根据pH在线测量仪9、碱度在线测量仪10、药剂含量在线测量仪11采样信号，使用pH-PID、碱度-PID、药剂含量-PID控制算法计算出upH(t)、uJD(t)、uYJ(t)，累加处理后，直接作用于硫酸计量泵，动态调整硫酸加药量，实现工业循环水硫酸加药量智能控制。
在试验过程中，选择参数如下表1所示。
表1测试过程参数组选择
表2参数组测试过程中对应水质指标
本发明采集完成后使用多指标权重分析法，智能调整加硫酸量，确保管道不出现结垢，按照循坏水质标准，pH正常运行指标为(8.3～9.1)，碱度正常运行指标为(3～10mmol/L)，阻垢剂含量正常运行指标为(15～60mg/L)，确保管道不出现结垢，实现工业循环水智能加硫酸。
通过上述的控制方式，实现工业循环水智能加硫酸，建议选择参数组1、2对应的参数，避免循环水系统出现阻垢风险。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，包括：
基于工业循环水智能加硫酸系统，系统包括在线测量单元、加硫酸单元和控制单元；
控制方法包括以下步骤：
在线测量单元获取循环水他水池的pH值、碱度和药剂含量；
将pH期望值减去pH采样值作为pH-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K1进行比例分配；
将pH期望值减去碱度作为碱度-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K2进行比例分配；
pH期望值减去药剂含量作为药剂含量-PID算法的误差输入，同时使用权重系统K3进行比例分配；
控制单元使用pH-PID算法、碱度-PID算法、药剂含量-PID算法计算出upH(t)、uJD(t)、uYJ(t)，累加处理后，直接作用于加硫酸单元，动态调整硫酸加药量。
2.根据权利要求1所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述pH-PID算法结合pH结垢权重参数K1计算出控制量upH(t)方法为：
式中，其中Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为期望值和采样值的差值，u(t)为控制量；K1是代表pH值对循环水系统结垢影响因子。
3.根据权利要求1所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述碱度-PID算法结合碱度结垢权重参数K2计算出控制量uJD(t)方法为：
式中，K2是代表碱度值对循环水系统结垢影响因子。
4.根据权利要求1所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述药剂含量-PID结合药剂含量结垢权重参数K3计算出控制量uYJ(t)方法为：
式中，K3是代表药剂含量对循环水系统结垢影响因子。
5.根据权利要求1所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述获取循环水他水池的pH值、碱度和药剂含量之前还包括：
设置pH-PID参数、碱度-PID参数和药剂含量-PID参数、pH结垢权重参数K1、碱度结垢权重参数K2、药剂含量结垢权重参数K3和pH期望值、碱度期望值和药剂含量期望值。
6.根据权利要求1至5任一项所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述在线测量单元包括pH在线测量仪(9)、碱度在线测量仪(10)、药剂含量在线测量仪(11)，工业循环水塔(5)水池出口设置有连通管路，连通管路并联设置pH在线测量仪(9)、碱度在线测量仪(10)、药剂含量在线测量仪(11)。
7.根据权利要求6所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述在线测量单元还包括循环水泵(6)及采样排污手动阀(12)；循环水泵(6)入口连接至工业循环水塔(5)水池，循环水泵(6)通过连通管路连接pH在线测量仪(9)、碱度在线测量仪(10)、药剂含量在线测量仪(11)；连通管路出口连接采样排污手动阀(12)，采样排污手动阀(12)出口连接管路至循环水塔(5)水池。
8.根据权利要求6所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述加硫酸单元包括硫酸罐(1)和硫酸计量泵(3)，硫酸罐(1)出口通过硫酸计量泵入口手动阀(2)与硫酸计量泵(3)管路连接，硫酸计量泵(3)通过硫酸计量泵出口手动阀(4)连接至循环水塔(5)水池中。
9.根据权利要求8所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述控制单元包括触摸屏(13)、PLC控制器(14)，PLC控制器(14)与pH在线测量仪(9)、碱度在线测量仪(10)和硫酸计量泵(3)均电连接；
所述直接作用于加硫酸单元是通过PLC控制器(14)控制硫酸计量泵(3)的流量。
10.根据权利要求1所述的工业循环水智能加硫酸控制方法，其特征在于，
所述pH值的正常运行指标为(8.3～9.1)，所述正常运行指标为3～10mmol/L，所述阻垢剂含量正常运行指标为15～60mg/L。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117800416A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-04-02 | 浙江越新印染有限公司 | 一种基于数字化控制的印染工业废水自动化环保调节系统 |
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2023
- 2023-09-27 CN CN202311267322.8A patent/CN117215343A/zh active Pending
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| CN117800416A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-04-02 | 浙江越新印染有限公司 | 一种基于数字化控制的印染工业废水自动化环保调节系统 |
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