原水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法
【专利摘要】本发明涉及水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法，根据流体力学原理计算酸碱中和反应完成距离；在反应完成距离设置第一pH监测探头，在酸碱中和池的出口设置第二pH监测探头；将第一pH监测探头在时间t监测得到的pH值y1(t)和第二pH监测探头在时间t监测得到的pH值y2(t)通过数模转换器转换成数字信号传送到模糊PID控制器；在模糊PID控制器中预设pH的期望值r(t)；将r(t)-y1(t)的变化率ac(t)作为模糊控制器误差变化率ec(K)；将r(t)-y2(t)作为模糊控制器误差e(K)；模糊控制器根据离散化后的ec(K)和e(K)建立模糊数学模型，调节PID控制器的参数值，改变PID控制器的输出函数u(t)，从而调节变量泵的输出。本发明pH值控制精度高、对输入待处理原水波动反应迅速、抗干扰能力强。
【专利说明】原水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法
[【技术领域】]
[0001]本发明涉及PID模糊控制来调节调节pH值的方法，具体涉及水处理中的模糊PID控制调节pH值的方法。
[【背景技术】]
[0002]第一代pH值调节设备的特点和不足:
[0003]1.使用定量泵启停控制
[0004]2.单点检测pH值
[0005]3.固定 PID 参数值(Kp、K1、Kd)
[0006]4.现场调试PID参数值，工作量大
[0007]5.单点检测pH值数据缺乏可靠性，反映不了误差和误差变化率问题
[0008]6.控制不准确，满足不了要求较高工矿企业的需求，如电厂、钢厂等
[0009]7.系统抗干扰能力弱
[0010]8.频繁启停定量泵，使泵和电机的使用寿命大大降低
[0011]第二代pH值调节设备的特点和不足:
[0012]1.使用变量泵连续输入控制
[0013]2.单点检测pH值
[0014]3.固定 PID 参数值(Kp、K1、Kd)
[0015]4.增加的PC远程监控功能
[0016]5.单点检测pH值数据缺乏可靠性，反映不了误差和误差变化率问题
[0017]6.现场调试PID参数值，工作量大
[0018]7.控制不够准确，仍满足不了要求较高工矿企业的需求，如电厂、钢厂等
[0019]8.不能够自适应调节PID参数值(Kp、K1、Kd)
[0020]9.系统抗干扰能力不强
[
【发明内容】
]
[0021]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有关实现多点检测参数模糊自适应PID自动控制pH值调节的方法。
[0022]为了实现上述目的，设计一种原水处理中的模糊PID控制调节pH值的方法，
[0023]原水进入酸碱中和池与酸/碱液进行酸碱中和；
[0024]酸/碱液通过变量泵送入所述的酸碱中和池中，变量泵通过模糊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]检测原水流量和pH值；
[0026]根据流体力学原理计算酸碱中和反应完成距离；
[0027]在所述的反应完成距离设置第一 pH监测探头，在酸碱中和池的出口设置第二 pH监测探头；[0028]将第一 pH监测探头在时间t监测得到的pH值yi (t)和第二 pH监测探头在时间t监测得到的PH值y2 (t)通过数模转换器转换成数字信号传送到模糊PID控制器；
[0029]在模糊PID控制器中预设pH的期望值r⑴；
[0030]将r(t)-yi(t)的变化率ac(t)作为模糊控制器误差变化率ec⑷的依据，SPac (t) =Cle1 (t) /dt, G1 (t) =r (t) I1 (t)；
[0031]将r(t)-y2(t)作为模糊控制器误差e (K)的依据；
[0032]模糊控制器根据离散化后的ec (K)和e (K)建立模糊数学模型，以此结果调节PID控制器的参数值，来改变PID控制器的输出函数u (t)，从而调节变量泵的输出。
[0033]上述控制方法还具有如下优化方案:
[0034]每2毫秒采样一次，每10次采样在除去一个最大值和一个最小值后，取平均值作为该采样时间的采样终值。
[0035]所述的模糊PID控制器通过通用控制器连接控制。
[0036]PC机通过RS485端口与通用控制器进行数据交换，实时检测pH值检测点数据及远程控制变量泵站的流量。
[0037]PID控制器的参数值为Z Kp、Z KU Kd。
[0038]本原水处理中的模糊PID控制调节pH值的方法还能在在电厂、炼钢厂水处理中应用。
[0039]本发明与现有技术相比，满足了对pH值要求较高的场合:pH值控制精度高(比如电厂脱硫环节要求±0.2pH值)、对输入待处理原水波动反应迅速、抗干扰能力强等需求。而且在设备成本增加很少(仅增加了一个PH值检测探头)的情况下，大大减少了现场调试费用和周期，节约了实际成本，同时使控制精度有了极大的提高(目前产品最精确只能做到土(0.8?1.0)ρΗ值，而采用这种方法能够在同等条件下做到土(0.06?0.1)ρΗ值)。而且这种PH值自动调节设备是智能环保、发电厂及钢铁水处理行业的一个创新和飞跃，在针对自动控制技术进行应用的同时，糅合了数字技术、模拟技术、自动控制技术、模糊控制技术、酸碱中和过程的流体力学分析方法、建模方法及算法，实现这些技术和方法之间的优势互补。
[0040]在实际设计中，我们采用双泵站自动切换、相互备份的方式，提高安全、连续工作要求高的场合(如电厂、钢厂等)；模糊控制器、PID控制器、通用控制器集成为一个控制器(一个CPU)的方式，并在PCB上涂特殊三防漆，使该设备控制性能更加可靠。
[【专利附图】
【附图说明】]
[0041]图1为本发明的设备系统图；
[0042]图2为本发明的自动控制原理图；
[0043]参见附图，
[0044]图1中:①为第一个pH值检测探头，②为第二个pH值检测探头，③为变量泵站，④为模糊控制器，⑤为PID控制器，⑥为通用控制器，⑦为PC机。
[0045]图2中，FC为模糊控制器，PID为PID控制器。
[【具体实施方式】][0046]为了使本发明更加清楚，结合附图和实施例对本发明做进一步的补充说明，并不用于限制本发明的范围。
[0047]实施例1
[0048]对于中和/反应池酸碱中和pH值的智能控制系统来说，是一个典型的强干扰、大时滞系统，特别对于池内液体无停留要求的PH值精确控制，控制难度非常高。对于中和/反应池来说，出口处pH值是排放或进入下一道处理工序的最终指标要求，必须设置一个检测点，作为最终误差检测点；由于紊流/射流扩散时间较长，需要在基本扩散位置(酸碱中和反应完成距离)，设置一个检测点，作为快速响应输入待处理源水波动的监测点，从而为误差变化率或变化趋势提供依据。
[0049]从两个检测点这两个数据建立模糊数学模型进行处理。于是可以有下数学模型:
[0050]
【权利要求】
1.一种原水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法， 原水进入酸碱中和池与酸/碱液进行酸碱中和； 酸/碱液通过变量泵送入所述的酸碱中和池中，变量泵通过模糊PID控制器控制，模糊PID控制器包含模糊控制器和PID控制器； 检测原水流量和pH值； 其特征在于: 根据流体力学原理计算酸碱中和反应完成距离； 在所述的反应完成距离设置第一 PH监测探头，在酸碱中和池的出口设置第二 pH监测探头; 将第一 pH监测探头在时间t监测得到的pH值yi (t)和第二 pH监测探头在时间t监测得到的PH值y2 (t)通过数模转换器转换成数字信号传送到模糊PID控制器； 在模糊PID控制器中预设pH的期望值r(t)； 将r(t)_yi(t)的变化率ac(t)作为模糊控制器误差变化率ec (K)，即ac (t) =Cle1 (t) /dt, e1(t)=r(t)-y1(t)； 将r (t) -y2 (t)作为模糊控制器误差e (K)； 模糊控制器根据离散化后的ec (K)和e (K)建立模糊数学模型，以此结果调节PID控制器的参数值，来改变PID控制器的输出函数u (t)，从而调节变量泵的输出。
2.如权利要求1所述的原水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法，其特征在于每2毫秒采样一次，每10次采样在除去一个最大值和一个最小值后，取平均值作为该采样时间的采样终值。
3.如权利要求1所述的原水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法，其特征在于所述的模糊PID控制器通过通用控制器连接控制。
4.如权利要求3所述的原水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法，其特征在于PC机通过RS485端口与通用控制器进行数据交换，实时检测PH值检测点数据及远程控制变量泵站的流量。
5.如权利要求1所述的原水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法，其特征在于PID控制器的参数值为」Kp、」1、」Kdo
6.一种权利要求1?5任一原水处理中的多点检测模糊PID控制调节pH值的方法在电厂、炼钢厂水处理中的应用。
【文档编号】G05D21/02GK103455055SQ201310385167
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】李春晖, 王攀峰, 陈良, 张国义 申请人:施勒智能建筑系统（上海）有限公司