[发明专利]一种精确控制水中溶解氧含量的系统及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及溶解氧含量控制技术，具体为一种可精确控制水中溶解氧含量的系统及应用。

背景技术

在化工、食品、制药领域以及实验室中，反应溶液中溶解氧的含量往往是影响生产工艺或实验结果的一个重要参数，所以经常要求严格控制该参数在某一设定值附近。而气体的溶解以及排除是一个比较滞后的过程，需要较长的时间来达到平衡，并且正向控制过程和反向控制过程也不均衡，这些都给精确控制溶解氧含量带来了很大困难。常规的PID控制算法所能获得的控制效果不够理想，难以满足严格的控制精度要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种精确控制水中溶解氧含量的系统及其应用，解决被控系统滞后性及正反向控制过程不均衡性等问题。

本发明的技术方案如下：

一种精确控制水中溶解氧含量的系统，该系统包括排气装置、储水容器、溶解氧传感器、变送器、混合泵、一号电磁阀、二号电磁阀、数据采集模块、可编程控制器、信号输出模块，各部分之间连接关系如下：储水容器顶部的排气口处连接排气装置，储水容器底部的进气口分成两路分别连接一号电磁阀和二号电磁阀，储水容器底部还有一出水口连接混合泵；混合泵的出水口分成两路，一路直接流回到储水容器中，还有一路上装有溶解氧传感器；溶解氧传感器的信号接到变送器上，变送器的模拟信号再接到数据采集模块的模拟信号输入通道中，数据采集模块的输出端连至可编程控制器，可编程控制器的输出端通过信号输出模块连至一号电磁阀或二号电磁阀上。

所述的精确控制水中溶解氧含量的系统，可编程控制器通过以太网口与计算机相连。

所述的精确控制水中溶解氧含量的系统的应用，包括如下步骤：

(1)采用溶解氧传感器探测水中氧含量，传感器的信号经过变送器整合成4-20mA电流信号，该信号被数据采集模块采集到可编程控制器中；

(2)可编程控制器根据实际的溶解氧值和设定的溶解氧值，计算出4-20mA控制信号，信号输出模块将控制信号传送到比例电磁阀上；

如果实际溶解氧值低于设定值，则正向控制开始，控制信号将被传送到一号电磁阀上，此时该阀根据控制信号大小调节阀的开度使氧氮混合气体通入水中，溶解氧含量开始上升；

如果实际溶解氧值高于设定值，则反向控制开始，控制信号将被传送到二号电磁阀上，此时该阀根据控制信号大小调节阀的开度使氮气通入水中，溶解氧含量开始下降。

所述的精确控制水中溶解氧含量的系统的应用，可编程控制器将输出的控制信号传送到相应的电磁阀上较短一段时间2秒后，将控制信号关闭较长一段时间15秒，然后根据最新测到的溶解氧值重新计算出控制信号发送出去，如此反复。

所述的精确控制水中溶解氧含量的系统的应用，可编程控制器将输出的控制信号在预先设定的范围-72％至76％内，该初始控制信号将通过缩放系数再次缩小使执行器以较小的幅度动作，其中反向控制缩放系数为1.5，正向缩放系数为2，与最终控制信号的范围相对应的反向控制电流信号为4至11.68mA，正向为4至10.08mA。

所述的精确控制水中溶解氧含量的系统的应用，可编程控制器按以下算法计算出4-20mA控制信号：

首先，比例函数求出设定值与实际值之间的偏差，并将该偏差乘以比例系数24得到初始控制信号，比例函数还将根据设定的输出范围强制把初始控制信号限定在该范围内，本算法中设定的输出范围为-72％至76％；初始控制信号大于0时，将进入正向控制环节，该环节中初始控制信号除以一个缩放系数2，得到的结果转换成4-20mA最终控制信号，该控制信号通过信号输出模块传送到一号电磁阀上，接通2秒后断开15秒；初始控制信号小于0时，将进入反向控制环节，该环节中初始控制信号除以一个缩放系数1.5，将结果转换成4-20mA最终控制信号，该控制信号通过信号输出模块传送到二号电磁阀上，接通2秒后断开15秒；完成一次控制动作后，将重新获取实际值进行判断，如此反复循环。

本发明的有益效果是：