在工業(yè)鍋爐軟化水處理當(dāng)中，需要對(duì)生水同時(shí)進(jìn)行除硬和除堿處理，因此需要對(duì)離子交換床周期地進(jìn)行酸洗和堿洗，以達(dá)到交換劑再生的目的。在離子交換床沖洗過(guò)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(guò)中和處理，使pH值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才能進(jìn)行排放。中和反應(yīng)過(guò)程在pH值遠(yuǎn)離7時(shí)，反應(yīng)緩慢，系統(tǒng)存在很大的時(shí)間滯后，而當(dāng)pH值在7附近時(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)非常靈敏，pH值隨酸堿量的變化異常劇烈，很容易產(chǎn)生過(guò)調(diào)，引起系統(tǒng)震蕩。由于廢水中和反應(yīng)過(guò)程的這一非線(xiàn)性特點(diǎn)，使得中和反應(yīng)很難控制，不但使排放液很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且還會(huì)浪費(fèi)大量的酸堿藥劑。廢水中和自控系統(tǒng)正是針對(duì)這一特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置恰當(dāng)?shù)膒H值檢測(cè)點(diǎn)，采用監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)水泵和閥門(mén)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，自動(dòng)完成整個(gè)中和處理過(guò)程，而且可以以zui少的藥劑消耗量，實(shí)現(xiàn)再生廢液的達(dá)標(biāo)排放。

二、工藝流程

廢水中和系統(tǒng)工藝流程如圖所示，來(lái)自軟化水處理裝置的酸洗或堿洗廢液首先進(jìn)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(jìn)行堿洗。此時(shí)大量的堿性廢液首先排入中和池，之后再進(jìn)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(jìn)行初級(jí)中和。在中和池中設(shè)有液位檢測(cè)儀LIT01和pH值檢測(cè)儀AIT01，當(dāng)中和池液位達(dá)到一定高度時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)泵P20或P21（兩個(gè)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(jì)FIT01和pH檢測(cè)儀AIT02。循環(huán)泵出口分兩路，一路經(jīng)電動(dòng)閥AV01返回至中和池，實(shí)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(jí)中和進(jìn)行*。另一路經(jīng)電動(dòng)閥AV02至二次中和池，在二次中和池設(shè)有pH檢測(cè)儀AIT03和液位檢測(cè)儀LIT02，AIT03 用于檢測(cè)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(jì)量泵投加到循環(huán)泵出口管上；NaOH酸液經(jīng)P101或P104計(jì)量泵投加到循環(huán)泵出口管上；酸液和堿液計(jì)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(cè)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(shè)有pH檢測(cè)儀表，顯然二次中和池的pH值決定廢水是否可進(jìn)行排放，因此，根據(jù)AIT03檢測(cè)數(shù)值控制排放閥AV03和回流閥AV04的開(kāi)閉是合理的。當(dāng)AIT03檢測(cè)值滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)（6.5≤pH≤8.0）時(shí)打開(kāi)排放閥AV03，將合格水排掉。當(dāng)AIT03檢測(cè)值不滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)（pH<6.5或pH>8.0）時(shí)打開(kāi)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(cè)量的實(shí)時(shí)性和控制的靈活性考慮，選擇AIT02作被控變量比較合適，因?yàn)闄z測(cè)點(diǎn)在循環(huán)泵出口管上，靠近控制閥和藥劑投加點(diǎn)，并且介質(zhì)流速高，pH值的變化在此反應(yīng)比較靈敏。但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)該檢測(cè)點(diǎn)存在以下問(wèn)題：① 檢測(cè)值受環(huán)境干擾比較嚴(yán)重，由于A(yíng)IT02安裝在計(jì)量泵附近，計(jì)量泵采用變頻調(diào)速，其高次諧波干擾對(duì)于高輸入阻抗的pH測(cè)量?jī)x干擾非常嚴(yán)重，加之信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜共槽敷設(shè)，使得AIT02儀表遭受干擾幅值高達(dá)量程的5%，特別是在加酸控制過(guò)程中加酸泵的起停對(duì)pH測(cè)量值影響達(dá)0.7%之多，很難據(jù)此進(jìn)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(diǎn)距檢測(cè)點(diǎn)很近，當(dāng)循環(huán)泵停止工作時(shí)管道中無(wú)介質(zhì)流動(dòng)，此時(shí)藥劑的微量泄露都會(huì)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(wèn)題，實(shí)際的運(yùn)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(cè)的循環(huán)廢水流量和pH值，依據(jù)中和反應(yīng)方程計(jì)算出廢水中和反應(yīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所需的加堿或加酸當(dāng)量，按此當(dāng)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(jì)算和準(zhǔn)確的計(jì)量，實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(cè)的pH和給定值的偏差采用PID控制，通過(guò)調(diào)節(jié)藥劑計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)投加量，使pH值達(dá)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(lái)調(diào)節(jié)變頻器的頻率，達(dá)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(shí)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(dāng)pH值接近7時(shí)，即使是很小的藥劑量也會(huì)引起pH值的劇烈變化，所以常規(guī)的PID儀表無(wú)法滿(mǎn)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(biāo)值時(shí)采用改進(jìn)的PID算法，輸出值不會(huì)大幅度變化，避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。儀表具體型號(hào)為AI-719AI4X3。

五、系統(tǒng)控制模式

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，系統(tǒng)需要對(duì)4臺(tái)變頻泵組，2臺(tái)定速泵組，4個(gè)電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，依據(jù)相應(yīng)的液位、pH、流量等模擬量檢測(cè)和設(shè)備采集的狀態(tài)量，按工藝流程要求依次控制各設(shè)備的動(dòng)作。

系統(tǒng)具有全自動(dòng)控制和半自動(dòng)控制兩種模式。在全自動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)中和池水位，當(dāng)水位達(dá)到預(yù)定高度時(shí)，首先關(guān)閉電動(dòng)閥AV02，打開(kāi)電動(dòng)閥AV01，啟動(dòng)循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)攪拌，攪拌時(shí)間可根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到攪拌均勻?yàn)槟康模话阍?0~15分鐘范圍內(nèi)。攪拌均勻后根據(jù)測(cè)量的AIT01的pH值判斷是啟動(dòng)加酸泵還是加堿泵，AI儀表根據(jù)測(cè)量值和設(shè)定值的偏差控制加酸泵或加堿泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)檢測(cè)到AIT01的pH值滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，停止加酸泵或加堿泵，此時(shí)循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)行3～5分鐘，此間若檢測(cè)到pH值不合格，則繼續(xù)啟動(dòng)加酸泵或加堿泵，若pH值穩(wěn)定在合格值范圍內(nèi)，則打開(kāi)電動(dòng)閥AV02，關(guān)閉電動(dòng)閥AV01，將合格水排至二次中和池，此時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)AIT03的pH值，若滿(mǎn)足排放要求則關(guān)閉電動(dòng)閥AV04，打開(kāi)電動(dòng)閥AV03，將水排放，若不滿(mǎn)足排放要求則關(guān)閉電動(dòng)閥AV03，打開(kāi)電動(dòng)閥AV04，繼續(xù)處理。當(dāng)檢測(cè)到中和池水位下降到低水位時(shí)，停止循環(huán)泵，則該次批處自動(dòng)完成。等待中和池水位上升到預(yù)定高度時(shí)，進(jìn)行下一次的批處理。在半自動(dòng)控制模式下，每一個(gè)批處理程序不是由中和池水位自動(dòng)觸發(fā)的，而是由人工通過(guò)啟動(dòng)循環(huán)泵啟動(dòng)的。

六、AI儀表調(diào)試和主要參數(shù)設(shè)置

AI調(diào)節(jié)器提供豐富的用戶(hù)設(shè)置方式，使其對(duì)不同的控制均能達(dá)到滿(mǎn)意的控制效果，參數(shù)設(shè)置決定系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。PID參數(shù)根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)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(mǎn)意的控制效果。如果控制有偏差時(shí)，可以通過(guò)微調(diào)P、I、D參數(shù)來(lái)修正。主要參數(shù)設(shè)置：

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

Ctrl：控制方式，系統(tǒng)設(shè)置值為APID。

P：比例系數(shù)，系統(tǒng)設(shè)置值為7。

I：積分時(shí)間，系統(tǒng)設(shè)置值為2。

D：微分時(shí)間，系統(tǒng)設(shè)置值為1。

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

InP：輸入反饋信號(hào)類(lèi)型，系統(tǒng)設(shè)置值為15，表示兩線(xiàn)制變送器輸入。

SCL、SCH：設(shè)置輸入信號(hào)量程，系統(tǒng)設(shè)置值為0、14。

OPt：輸出信號(hào)類(lèi)型，系統(tǒng)設(shè)置值為4-20，表示4-20MA輸出。

七、結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用AI控制器的廢水中和控制系統(tǒng)，關(guān)鍵在于選擇恰當(dāng)?shù)乃幚砉に嚭涂刂谱兞?。在選擇控制變量時(shí)不但要考慮檢測(cè)點(diǎn)的靈敏性，更重要的是要考慮檢測(cè)參量的穩(wěn)定性和可控性