在工業(yè)鍋爐軟化水處理當中，需要對生水同時進行除硬和除堿處理，因此需要對離子交換床周期地進行酸洗和堿洗，以達到交換劑再生的目的。在離子交換床沖洗過程中要排出大量的酸性和堿性的沖洗廢液，這些廢液必須經(jīng)過中和處理，使pH值達到排放標準后才能進行排放。中和反應過程在pH值遠離7時，反應緩慢，系統(tǒng)存在很大的時間滯后，而當pH值在7附近時，系統(tǒng)反應非常靈敏，pH值隨酸堿量的變化異常劇烈，很容易產(chǎn)生過調(diào)，引起系統(tǒng)震蕩。由于廢水中和反應過程的這一非線性特點，使得中和反應很難控制，不但使排放液很難達到排放標準，而且還會浪費大量的酸堿藥劑。廢水中和自控系統(tǒng)正是針對這一特點，通過設置恰當?shù)膒H值檢測點，采用監(jiān)控系統(tǒng)，對水泵和閥門進行協(xié)調(diào)控制，自動完成整個中和處理過程，而且可以以zui少的藥劑消耗量，實現(xiàn)再生廢液的達標排放。

二、工藝流程

廢水中和系統(tǒng)工藝流程如圖所示，來自軟化水處理裝置的酸洗或堿洗廢液首先進入中和池，由于酸洗液或堿洗液是批次、間歇排放的，一般，軟水裝置先進行堿洗。此時大量的堿性廢液首先排入中和池，之后再進行酸洗，將酸洗廢液排入中和池，這樣，在中和池中先后排放的堿洗廢液和酸洗廢液首先進行初級中和。在中和池中設有液位檢測儀LIT01和pH值檢測儀AIT01，當中和池液位達到一定高度時，啟動循環(huán)泵P20或P21（兩個泵為一用一備工作方式）。在循環(huán)泵出口管上安裝有流量計FIT01和pH檢測儀AIT02。循環(huán)泵出口分兩路，一路經(jīng)電動閥AV01返回至中和池，實現(xiàn)原液循環(huán)；循環(huán)的目的是讓排入中和池的堿洗廢液和酸洗廢液充分混合，使初級中和進行*。另一路經(jīng)電動閥AV02至二次中和池，在二次中和池設有pH檢測儀AIT03和液位檢測儀LIT02，AIT03 用于檢測zui終排放的廢水的pH值。在循環(huán)泵出口管上接有加酸管和加減管，HCl酸液經(jīng)P102或P103計量泵投加到循環(huán)泵出口管上；NaOH酸液經(jīng)P101或P104計量泵投加到循環(huán)泵出口管上；酸液和堿液計量泵均采用變頻調(diào)速控制。

三、控制變量的選擇及控制方案的確定

為了檢測廢液pH值的變化，分別在中和池、二次中和池和循環(huán)泵出口管上設有pH檢測儀表，顯然二次中和池的pH值決定廢水是否可進行排放，因此，根據(jù)AIT03檢測數(shù)值控制排放閥AV03和回流閥AV04的開閉是合理的。當AIT03檢測值滿足排放標準（6.5≤pH≤8.0）時打開排放閥AV03，將合格水排掉。當AIT03檢測值不滿足排放標準（pH<6.5或pH>8.0）時打開回流閥AV04，廢液返回中和池繼續(xù)處理。

作為中和藥劑（堿液或酸液）投加量的控制依據(jù)是選擇AIT01，還是選擇AIT02，這要根據(jù)測量的實時性和控制的靈活性考慮，選擇AIT02作被控變量比較合適，因為檢測點在循環(huán)泵出口管上，靠近控制閥和藥劑投加點，并且介質(zhì)流速高，pH值的變化在此反應比較靈敏。但在實際運行中發(fā)現(xiàn)該檢測點存在以下問題：① 檢測值受環(huán)境干擾比較嚴重，由于AIT02安裝在計量泵附近，計量泵采用變頻調(diào)速，其高次諧波干擾對于高輸入阻抗的pH測量儀干擾非常嚴重，加之信號電纜與動力電纜共槽敷設，使得AIT02儀表遭受干擾幅值高達量程的5%，特別是在加酸控制過程中加酸泵的起停對pH測量值影響達0.7%之多，很難據(jù)此進行控制。② 由于儀表安裝在泵出口，介質(zhì)流速高，沖擊力大，很容易損壞玻璃電極。③ 由于系統(tǒng)是間歇工作的，藥劑投加點距檢測點很近，當循環(huán)泵停止工作時管道中無介質(zhì)流動，此時藥劑的微量泄露都會給電極造成污染，造成儀表示值超限溢出。而選擇AIT01作為被控變量，可以有效地避免上述問題，實際的運行效果也證明選擇AIT01作為被控變量是合適的。

中和藥劑的投加控制一般有兩種控制方案，一種是根據(jù)所檢測的循環(huán)廢水流量和pH值，依據(jù)中和反應方程計算出廢水中和反應達到排放標準時所需的加堿或加酸當量，按此當量控制加堿泵或加酸泵投加量，由于此種控制方案需要繁瑣的計算和準確的計量，實現(xiàn)起來比較困難，因此很少被采用。另一種控制方案就是依據(jù)檢測的pH和給定值的偏差采用PID控制，通過調(diào)節(jié)藥劑計量泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)投加量，使pH值達到要求。本系統(tǒng)采用PID控制方案，控制流程如下：

四、AI調(diào)節(jié)器選型和介紹

在系統(tǒng)中PID控制器是根據(jù)pH值的大小來調(diào)節(jié)變頻器的頻率，達到控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速的目的。由于在控制初期pH值偏差很大，而此時系統(tǒng)慣性也很大，雖然中和藥劑投加量很大，但pH值變化并不明顯，因此容易造成控制器輸出的積分飽和。而當pH值接近7時，即使是很小的藥劑量也會引起pH值的劇烈變化，所以常規(guī)的PID儀表無法滿足控制要求。因此系統(tǒng)選用宇電AI系列人工智能調(diào)節(jié)器，它可以*消除PID飽和積分現(xiàn)象，并在接近目標值時采用改進的PID算法，輸出值不會大幅度變化，避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。儀表具體型號為AI-719AI4X3。

五、系統(tǒng)控制模式

根據(jù)系統(tǒng)運行特點，系統(tǒng)需要對4臺變頻泵組，2臺定速泵組，4個電動閥門進行協(xié)調(diào)控制，依據(jù)相應的液位、pH、流量等模擬量檢測和設備采集的狀態(tài)量，按工藝流程要求依次控制各設備的動作。

系統(tǒng)具有全自動控制和半自動控制兩種模式。在全自動控制模式下，系統(tǒng)自動檢測中和池水位，當水位達到預定高度時，首先關閉電動閥AV02，打開電動閥AV01，啟動循環(huán)泵進行循環(huán)攪拌，攪拌時間可根據(jù)具體情況進行設置，以達到攪拌均勻為目的，一般在10~15分鐘范圍內(nèi)。攪拌均勻后根據(jù)測量的AIT01的pH值判斷是啟動加酸泵還是加堿泵，AI儀表根據(jù)測量值和設定值的偏差控制加酸泵或加堿泵的轉(zhuǎn)速。當檢測到AIT01的pH值滿足排放標準時，停止加酸泵或加堿泵，此時循環(huán)泵繼續(xù)運行3～5分鐘，此間若檢測到pH值不合格，則繼續(xù)啟動加酸泵或加堿泵，若pH值穩(wěn)定在合格值范圍內(nèi)，則打開電動閥AV02，關閉電動閥AV01，將合格水排至二次中和池，此時系統(tǒng)檢測AIT03的pH值，若滿足排放要求則關閉電動閥AV04，打開電動閥AV03，將水排放，若不滿足排放要求則關閉電動閥AV03，打開電動閥AV04，繼續(xù)處理。當檢測到中和池水位下降到低水位時，停止循環(huán)泵，則該次批處自動完成。等待中和池水位上升到預定高度時，進行下一次的批處理。在半自動控制模式下，每一個批處理程序不是由中和池水位自動觸發(fā)的，而是由人工通過啟動循環(huán)泵啟動的。

六、AI儀表調(diào)試和主要參數(shù)設置

AI調(diào)節(jié)器提供豐富的用戶設置方式，使其對不同的控制均能達到滿意的控制效果，參數(shù)設置決定系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能。PID參數(shù)根據(jù)不同的現(xiàn)場可以通過儀表的自整定功能得到。在多數(shù)情況下，自整定一次就可以使獲得滿意的控制效果。如果控制有偏差時，可以通過微調(diào)P、I、D參數(shù)來修正。主要參數(shù)設置：

CHYS：回差（死區(qū)、滯環(huán)），用于避免因測量輸入值波動而產(chǎn)生頻繁調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)設置值為0.1。

Ctrl：控制方式，系統(tǒng)設置值為APID。

P：比例系數(shù)，系統(tǒng)設置值為7。

I：積分時間，系統(tǒng)設置值為2。

D：微分時間，系統(tǒng)設置值為1。

Ctl：輸出周期，反映儀表運算調(diào)節(jié)的快慢，系統(tǒng)設置值為1。

InP：輸入反饋信號類型，系統(tǒng)設置值為15，表示兩線制變送器輸入。

SCL、SCH：設置輸入信號量程，系統(tǒng)設置值為0、14。

OPt：輸出信號類型，系統(tǒng)設置值為4-20，表示4-20MA輸出。

七、結語

應用AI控制器的廢水中和控制系統(tǒng)，關鍵在于選擇恰當?shù)乃幚砉に嚭涂刂谱兞?。在選擇控制變量時不但要考慮檢測點的靈敏性，更重要的是要考慮檢測參量的穩(wěn)定性和可控性