[發(fā)明專利]一種精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810012594.2
• 申請日: 2008-08-01
• 公開（公告）號: CN101362616A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發(fā)明（設計）人: 匡文軍;吳欣強;韓恩厚
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C02F1/68
• 分類號: C02F1/68;B01F3/04;G05D11/035;G05D11/13
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發(fā)明涉及溶解氧含量控制技術，具體為一種可精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)及應用。

背景技術

在化工、食品、制藥領域以及實驗室中，反應溶液中溶解氧的含量往往是影響生產工藝或實驗結果的一個重要參數(shù)，所以經常要求嚴格控制該參數(shù)在某一設定值附近。而氣體的溶解以及排除是一個比較滯后的過程，需要較長的時間來達到平衡，并且正向控制過程和反向控制過程也不均衡，這些都給精確控制溶解氧含量帶來了很大困難。常規(guī)的PID控制算法所能獲得的控制效果不夠理想，難以滿足嚴格的控制精度要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于提供一種精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)及其應用，解決被控系統(tǒng)滯后性及正反向控制過程不均衡性等問題。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括排氣裝置、儲水容器、溶解氧傳感器、變送器、混合泵、一號電磁閥、二號電磁閥、數(shù)據采集模塊、可編程控制器、信號輸出模塊，各部分之間連接關系如下：儲水容器頂部的排氣口處連接排氣裝置，儲水容器底部的進氣口分成兩路分別連接一號電磁閥和二號電磁閥，儲水容器底部還有一出水口連接混合泵；混合泵的出水口分成兩路，一路直接流回到儲水容器中，還有一路上裝有溶解氧傳感器；溶解氧傳感器的信號接到變送器上，變送器的模擬信號再接到數(shù)據采集模塊的模擬信號輸入通道中，數(shù)據采集模塊的輸出端連至可編程控制器，可編程控制器的輸出端通過信號輸出模塊連至一號電磁閥或二號電磁閥上。

所述的精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)，可編程控制器通過以太網口與計算機相連。

所述的精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)的應用，包括如下步驟：

(1)采用溶解氧傳感器探測水中氧含量，傳感器的信號經過變送器整合成4-20mA電流信號，該信號被數(shù)據采集模塊采集到可編程控制器中；

(2)可編程控制器根據實際的溶解氧值和設定的溶解氧值，計算出4-20mA控制信號，信號輸出模塊將控制信號傳送到比例電磁閥上；

如果實際溶解氧值低于設定值，則正向控制開始，控制信號將被傳送到一號電磁閥上，此時該閥根據控制信號大小調節(jié)閥的開度使氧氮混合氣體通入水中，溶解氧含量開始上升；

如果實際溶解氧值高于設定值，則反向控制開始，控制信號將被傳送到二號電磁閥上，此時該閥根據控制信號大小調節(jié)閥的開度使氮氣通入水中，溶解氧含量開始下降。

所述的精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)的應用，可編程控制器將輸出的控制信號傳送到相應的電磁閥上較短一段時間2秒后，將控制信號關閉較長一段時間15秒，然后根據最新測到的溶解氧值重新計算出控制信號發(fā)送出去，如此反復。

所述的精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)的應用，可編程控制器將輸出的控制信號在預先設定的范圍-72％至76％內，該初始控制信號將通過縮放系數(shù)再次縮小使執(zhí)行器以較小的幅度動作，其中反向控制縮放系數(shù)為1.5，正向縮放系數(shù)為2，與最終控制信號的范圍相對應的反向控制電流信號為4至11.68mA，正向為4至10.08mA。

所述的精確控制水中溶解氧含量的系統(tǒng)的應用，可編程控制器按以下算法計算出4-20mA控制信號：

首先，比例函數(shù)求出設定值與實際值之間的偏差，并將該偏差乘以比例系數(shù)24得到初始控制信號，比例函數(shù)還將根據設定的輸出范圍強制把初始控制信號限定在該范圍內，本算法中設定的輸出范圍為-72％至76％；初始控制信號大于0時，將進入正向控制環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)中初始控制信號除以一個縮放系數(shù)2，得到的結果轉換成4-20mA最終控制信號，該控制信號通過信號輸出模塊傳送到一號電磁閥上，接通2秒后斷開15秒；初始控制信號小于0時，將進入反向控制環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)中初始控制信號除以一個縮放系數(shù)1.5，將結果轉換成4-20mA最終控制信號，該控制信號通過信號輸出模塊傳送到二號電磁閥上，接通2秒后斷開15秒；完成一次控制動作后，將重新獲取實際值進行判斷，如此反復循環(huán)。

本發(fā)明的有益效果是：