自動化酸鹼比例調節設備的製作方法

2023-10-30 01:19:37 2

專利名稱：自動化酸鹼比例調節設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於環境保護的廢水處理設備，尤其涉及一種能比例控制酸鹼度的自動化酸鹼比例調節設備。
本實用新型的目的是這樣實現的一種自動化酸鹼比例調節設備，其中設有一控制器，其特點是所述的控制器包括一電流/電壓轉換單元，與電流/電壓轉換單元的輸出端連接的一將模擬信號轉換成數位訊號的模擬數字轉換單元，一參數設定顯示單元，一運算單元，該運算單元接收模擬數字轉換單元和參數設定顯示單元的信號，並與數據寄存器和時鐘電路連接，與運算單元輸出端連接的是一將數位訊號轉換成模擬信號的數字模擬轉換單元和一時間比例信號控制輸出單元，連接在數字模擬轉換單元輸出端的分別是，電流信號控制輸出單元和電壓信號控制輸出單元。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述的電流/電壓轉換單元採用型號為LF356運算放大器U2，電流/電壓轉換單元的輸入端與現場pH值測量儀中的信號連接。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述的模擬數字轉換單元採用型號為MAX186模數轉換器U3，其腳2 AIN與電流/電壓轉換單元LF356運算放大器U2的輸出端腳6連接。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述的運參數設定顯示單元由顯示電路和鍵盤電路組成，該顯示電路包括集成電路MAX7219、若干個數碼管和若干個指示燈；所述的鍵盤電路採用型號為RESPACK4厚膜電阻電路。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述的運算單元由型號為W78ES2的運算器，運算器W78ES2的輸入端分別與模擬數字轉換單元和參數設定顯示單元中的顯示電路MAX7219和鍵盤電路RESPACK4的輸出端連接。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述的數據寄存器採用型號為X25045存儲器，存儲器X25045腳6、5、1、2分別與運算單元運算器W78ES2的P10、11、12、13連接。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述的時鐘電路採用XTI晶振和型號為DSI302的時鐘晶片集成電路，時鐘晶片DSI302的腳6、7分別與運算單元運算器W78ES2的P14、15端連接。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述的數字模擬轉換單元採用MAX5352模數轉換器U4，其輸入端腳2、3與運算單元運算器W78ES2的P03、04端連接。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述的數字模擬轉換單元的輸出端連接一2N9304電晶體N1，2N9304電晶體的輸出端形成電流信號控制輸出單元和電壓信號控制輸出單元；該電流信號控制輸出單元的電流信號範圍為4-20毫安；該電壓信號控制輸出單元的電壓信號範圍為0-5伏。
在上述的自動化酸鹼比例調節設備中，其中，所述時間比例信號控制輸出單元包括分別與運算單元運算器W78ES2腳12、13、14、15連接的四個反向器，以及分別與四個反向器連接的四個型號為SSR的光隔離可控矽輸出模塊D2、D3、D4、D5的輸入端連接，光隔離可控矽輸出模塊D2、D3、D4、D5的輸出端與現場執行機構泵、閥門連接。
本實用新型自動化酸鹼比例調節設備由於採用了上述的技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果1.本實用新型由於將比例微分控制(PD控制)技術應用到廢水處理中的自動化酸鹼比例調節設備，把外部能考慮到的變化因素建立一個數學模型及算式，通過計算機的運算減小外界的變化因子，通過設定一個範圍和一個控制點，在此範圍內，當控制的pH值離開控制點越遠則加藥量越多，反之則相反，當加藥過程中pH值向控制點變化的速率越大，程序要求執行機構的加藥量越少；2.本實用新型由於比例微分控制技術還把其他影響因素如進水流量的變化等也納入程序的控制範圍內，這種控制方式就可以克服pH控制過程中的時變性、非線性、不穩定性及外部條件的隨機性、不可測性等帶來的影響，使設備大大提高對pH控制的精度和對水量水質的適應性，同時大幅度縮小設備的體積；3.本實用新型自動化酸鹼比例調節設備通過應用計算機控制來改變執行機構(如閥門、泵等)在單位時間內的開關比例，達到控制被處理廢水溶液的pH值的目的，一方面使pH在線控制過程中的時變性、非線性、不穩定性及外部條件的隨機性。不可測性等帶來的問題得到相應的修正，使設備大大提高了pH控制的精度和對水量水質的適應性；另一方面，由於PD控制中，比例環節(P)能即時成比例地反應控制系統的偏差，並予以減小；微分環節(D)能即時反應偏差信號的變化速率，並能在偏差信號值變得不太大時，在系統中引進一個早期的修正信號，從而加快執行機構的響應速度，減少調節時間，使酸鹼中和反應的瞬時性在軟體的修正下得以充分顯現，可使設備的體積大幅度縮小而不影響控制的精度。
請參見


圖1所示，這是本實用新型自動化酸鹼比例調節設備的控制原理框圖。本實用新型自動化酸鹼比例調節設備包括一電流/電壓轉換單元11，與電流/電壓轉換單元11的輸出端連接的是一能將模擬信號轉換成數位訊號的模擬數字轉換單元12，一參數設定顯示單元13，一運算單元10，該運算單元10接收模擬數字轉換單元12和參數設定顯示單元13的信號，並與數據寄存器14和時鐘電路15連接，與運算單元10輸出端連接的是一能將數位訊號轉換成模擬信號的數字模擬轉換單元16，連接在數字模擬轉換單元16輸出端的分別是，一時間比例信號控制輸出單元17、電流信號控制輸出單元18和電壓信號控制輸出單元19。
請結合
圖1參見圖2所示，圖2是
圖1的電原理圖。在本實施例中，所述的電流/電壓轉換單元11採用型號為LF356運算放大器U2，電流/電壓轉換單元11的輸入端與現場pH值測量儀中的信號連接；所述的模擬數字轉換單元12採用型號為MAX186模數轉換器U3，模數轉換器MAX186的腳2 AIN端與電流/電壓轉換單元11即型號為LF356運算放大器U2的輸出端腳6連接；所述的運參數設定顯示單元13由顯示電路和鍵盤電路組成，該顯示電路包括集成電路MAX7219、若干個與集成電路MAX7219輸出端連接的數碼管和若干個指示燈；所述的鍵盤電路採用型號為RESPACK4厚膜電阻電路；所述的運算單元10是本實用新型自動化酸鹼比例調節設備的重要部件，在本實施例中運算單元10採用了型號為W78ES2的運算器，運算器W78ES2的輸入端分別與模擬數字轉換單元12和參數設定顯示單元13中的顯示電路MAX7219和鍵盤電路RESPACK4的輸出端連接；所述的數據寄存器14採用型號為X25045存儲器，存儲器X25045腳6、5、1、2分別與運算單元10運算器W78ES2的P10、11、12、13連接；所述的時鐘電路15採用XTI晶振和型號為DSI302的時鐘晶片集成電路，時鐘晶片DSI302的腳6、7分別與運算單元10運算器W78ES2的P14、15端連接；所述的數字模擬轉換單元16採用型號為MAX5352模數轉換器U4，模數轉換器MAX5352的輸入端腳2、3與運算單元10運算器W78ES2的P03、04端連接；所述的數字模擬轉換單元16的輸出端連接-2N9304電晶體N1，2N9304電晶體的輸出端形成電流信號範圍為4-20毫安的電流信號控制輸出單元18和電壓信號範圍為0-5伏的電壓信號控制輸出單元19；所述時間比例信號控制輸出單元17包括分別與運算單元10運算器W78ES2腳12、13、14、15連接的四個反向器，以及分別與四個反向器連接的四個型號為SSR的光隔離可控矽輸出模塊D2、D3、D4、D5的輸入端連接，光隔離可控矽輸出模塊D2、D3、D4、D5的輸出端與現場執行機構泵、閥門連接。
從上述
圖1和圖2可知，測量信號控制和流向是現場儀表將測得的pH值轉換成對應的電流信號(pH值0-14對應電流信號4-20mA)送入由運行放大器組成的電流/電壓轉換單元11進行電流/電壓的轉換，被轉換的電壓信號送入模擬數字轉換單元12，模擬數字轉換單元12將連續的模擬信號轉換成計算機能識別的數字離散序例信號送入由CPU擔當的運算單元10，參數設定顯示單元輸入設定的比例係數KP、微分係數KD、採樣時間間隔T和pH值參數，pH值參數通常是一個pH值控制範圍，運算單元10進行智能規則PD算法運算，運算的結果送出三個信號控制輸出單元，即時間比例信號控制輸出單元17、電流信號控制輸出單元18、電壓信號控制輸出單元19，供不同的控制對象使用，如時間比例信號控制輸出單元17轉換成單位時間內開停的佔空比，從而可使用於不同的控制對象。
比例(PD)控制器的控制原理如下
比例(PD)控制器是一種線性控制器，它根據給定值r(t)與實際輸出值c(t)構成偏差e(t)＝r(t)-c(t)將偏差的比例(P)和微分(D)通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱比例(PD)控制器，其控制算法為U(t)=Kp[e(t)+TDde(*)dt]]]>式中Kp-比例係數TD-分常數比例(PD)控制器各校正環節的的作用如下1.比例環節，即時成比例地反映控制系統的偏差信號e(t)，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減少偏差。
2.微分環節，能即時反映信號的變化趨勢(變化速率)，並能在偏差信號值變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度。減小調節時間。
由於計算機控制是一種採樣控制，它只能根據採樣時刻偏差計算控制量，因此不能直接使用上式，需對其進行離散化處理。得到下式Y(k)＝Kp{e(k)+KD[e(k)-e(k-1)]}式中k-採樣序號 k＝0，1，2……，U(k)-第k次採樣時刻的計算機輸出值e(k)-第k次採樣時刻的輸入偏差值e(k-1)-第(k-1)次採樣時刻的輸入偏差值Kp-比例係數KD-微分係數(KD＝TD/T T為採樣間隔時間)考慮到實際pH調節系統中還有各種附加幹擾信號(如流量大小變化、控制過程中被控對象材質的變化等)，用單純的數字PD控制難以達到理想的結果，因此，在規則數字比例(PD)控制器中引入了控制性能評價及智能PD再學習功能，形成一個智能化的規則數字比例(PD)控制器。智能規則數字比例(PD)控制器能夠根據不同的被控對象在不同的控制階段和情況下，自動對控制品質進行評價，修正Kp、KD值以達到最佳控制目的，大大提高了控制器的適用性。
請結合
圖1和圖2參見圖3所示，圖3是本實用新型自動化酸鹼比例調節設備中控制算法的流程圖。比例(PD)控制器的控制流程是首先，通過鍵盤輸入目標控制值N，然後，由計算機不斷對輸入的連續模擬信號進行採樣，S(K)為第K時刻的採樣值，並進行計算計算第K時刻的誤差e(K)＝S(K)-N，計算第K時刻的誤差變化率Δe(K)＝e(K)-e(K-1)，計算第K時刻比例調節分量YP(k)＝KP×e(K)，計算第K時刻的微分調幣分量yD(k)＝kD×Δe(K)接著，輸出第K時刻控制量Y(K)＝YP(K)+YD(K)，最後進行判斷「檢測控制結果是否達到預期控制目標」，若是，則進行下一次循環採樣控制；若不是，則「進入自學習相通，在知識庫中尋找最優KP、kD」，並進入新的循環採樣控制。
本實用新型在使用時，對於所控制的酸鹼廢水pH值設定一個低位和一個高位，如低位為5.00，高位為6.00，當所控制的酸鹼廢水的pH值低於5.00時，執行機構即三通閥的加鹼時間最長，加入的鹼量最多，隨著鹼的加入，反應池中的pH值逐漸上升，數值愈向6.00靠近，則閥門的開啟時間愈短，加鹼量不斷減少，停止的時間愈長。且在這過程中，從5.00-6.00的變化速率愈大，則閥門的開停比也會相應調整，若進水有多個變化因素，只要把其變量編入程序內，執行機構會隨外界的變化而做出相應的反應，從根本上改善pH的控制精度和對進水變化的適應性，使pH的精確控制成為可能。
綜上所述，本實用新型自動化酸鹼比例調節設備，充分考慮了本處理設備的實用價值，把外部變化因素建立一個數學模型及算式，通過計算機運算和控制，克服pH控制過程中的時變性、非線性、不穩定性及外部條件的隨機性、不可測性等帶來的影響，使設備大大提高對pH控制的精度和對水量水質的適應性，同時大幅度縮小設備的體積；本實用新型自動化酸鹼比例調節設備採用了三種信號控制輸出方式，供不同用戶的不同控制對象使用，特別是時間比例信號輸出(PWM)是一種最為新型的控制輸出方式它把輸出控制信號轉換成單位時間內開停的佔空比，可適用於不同的控制對象，因此極為實用。
權利要求1.一種自動化酸鹼比例調節設備，其中設有一控制器，其特徵在於所述的控制器包括一電流/電壓轉換單元(11)，與電流/電壓轉換單元(11)的輸出端連接的一將模擬信號轉換成數位訊號的模擬數字轉換單元(12)，一參數設定顯示單元(13)，一運算單元(10)，該運算單元(10)接收模擬數字轉換單元(12)和參數設定顯示單元(13)的信號，並與數據寄存器(14)和時鐘電路(15)連接，與運算單元(10)輸出端連接的是一將數位訊號轉換成模擬信號的數字模擬轉換單元(16)和一時間比例信號控制輸出單元(17)，連接在數字模擬轉換單元(16)輸出端的分別是，電流信號控制輸出單元(18)和電壓信號控制輸出單元(19)。
2.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述的電流/電壓轉換單元(11)採用型號為LF356運算放大器U2，電流/電壓轉換單元(11)的輸入端與現場pH值測量儀中的信號連接。
3.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述的模擬數字轉換單元(12)採用型號為MAX186模數轉換器U3，其腳2 AIN與電流/電壓轉換單元(11)LF356運算放大器U2的輸出端腳6連接。
4.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述的運參數設定顯示單元(13)由顯示電路和鍵盤電路組成，該顯示電路包括集成電路MAX7219、若干個數碼管和若干個指示燈；所述的鍵盤電路採用型號為RESPACK4厚膜電阻電路。
5.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述的運算單元(10)由型號為W78ES2的運算器，運算器W78ES2的輸入端分別與模擬數字轉換單元(12)和參數設定顯示單元(13)中的顯示電路MAX7219和鍵盤電路RESPACK4的輸出端連接。
6.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述的數據寄存器(14)採用型號為X25045存儲器，存儲器X25045腳6、5、1、2分別與運算單元(10)運算器W78ES2的P10、11、12、13連接。
7.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述的時鐘電路(15)採用XTI晶振和型號為DSI302的時鐘晶片集成電路，時鐘晶片DSI302的腳6、7分別與運算單元(10)運算器W78ES2的P14、15端連接。
8.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述的數字模擬轉換單元(16)採用MAX5352模數轉換器U4，其輸入端腳2、3與運算單元(10)運算器W78ES2的P03、04端連接。
9.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述的數字模擬轉換單元(16)的輸出端連接一2N9304電晶體N1，2N9304電晶體的輸出端形成電流信號控制輸出單元(18)和電壓信號控制輸出單元(19)；該電流信號控制輸出單元的電流信號範圍為4-20毫安；該電壓信號控制輸出單元的電壓信號範圍為0-5伏。
10.如權利要求1所述的自動化酸鹼比例調節設備，其特徵在於所述時間比例信號控制輸出單元(17)包括分別與運算單元(10)運算器W78ES2腳12、13、14、15連接的四個反向器，以及分別與四個反向器連接的四個型號為SSR的光隔離可控矽輸出模塊D2、D3、D4、D5的輸入端連接，光隔離可控矽輸出模塊D2、D3、D4、D5的輸出端與現場執行機構泵、閥門連接。
專利摘要本實用新型涉及一種自動化酸鹼比例調節設備，其中設有一控制器，其特點是所述的控制器包括一電流/電壓轉換單元，與電流/電壓轉換單元的輸出端連接的一將模擬信號轉換成數位訊號的模擬數字轉換單元，一參數設定顯示單元，一運算單元，該運算單元接收模擬數字轉換單元和參數設定顯示單元的信號，並與數據寄存器和時鐘電路連接，與運算單元輸出端連接的是一將數位訊號轉換成模擬信號的數字模擬轉換單元和一時間比例信號控制輸出單元，連接在數字模擬轉換單元輸出端的分別是，電流信號控制輸出單元和電壓信號控制輸出單元。本實用新型克服pH控制過程中的不穩定性及外部條件的不可測性等帶來的影響，提高對pH控制的精度和對水量水質的適應性。
文檔編號C02F1/66GK2532074SQ02215910
公開日2003年1月22日 申請日期2002年2月27日 優先權日2002年2月27日
發明者王英華, 封志敏, 楊明梁, 王維平 申請人:上海理日申能環境工程有限公司