在工業(yè)鍋爐軟化水處理當(dāng)中，需要對生水同時進(jìn)行除硬和除堿處理，因此需要對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(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才能進(jìn)行排放。中和反應(yīng)過程在pH值遠(yuǎn)離7時，反應(yīng)緩慢，系統(tǒng)存在很大的時間滯后，而當(dāng)pH值在7附近時，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)生過調(diào)，引起系統(tǒng)震蕩。由于廢水中和反應(yīng)過程的這一非線性特點(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)，而且還會浪費(fèi)大量的酸堿藥劑。廢水中和自控系統(tǒng)正是針對這一特點(diǎn)，通過設(shè)置恰當(dāng)?shù)膒H值檢測點(diǎn)，采用監(jiān)控系統(tǒng)，對水泵和閥門進(jìn)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(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)行初級中和。在中和池中設(shè)有液位檢測儀LIT01和pH值檢測儀AIT01，當(dāng)中和池液位達(dá)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(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，使初級中和進(jìn)行*。另一路經(jīng)電動閥AV02至二次中和池，在二次中和池設(shè)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(shè)有pH檢測儀表，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檢測數(shù)值控制排放閥AV03和回流閥AV04的開閉是合理的。當(dāng)AIT03檢測值滿足排放標(biāo)準(zhǔn)（6.5≤pH≤8.0）時打開排放閥AV03，將合格水排掉。當(dāng)AIT03檢測值不滿足排放標(biāo)準(zhǔn)（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(shí)時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)該檢測點(diǎn)存在以下問題：① 檢測值受環(huán)境干擾比較嚴(yán)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(yán)重，加之信號電纜與動力電纜共槽敷設(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程中加酸泵的起停對pH測量值影響達(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)距檢測點(diǎn)很近，當(dāng)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(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)所檢測的循環(huán)廢水流量和pH值，依據(jù)中和反應(yīng)方程計算出廢水中和反應(yīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時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算和準(zhǔn)確的計量，實(shí)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(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，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(biāo)值時采用改進(jìn)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(yùn)行特點(diǎn)，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(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(dāng)水位達(dá)到預(yù)定高度時，首先關(guān)閉電動閥AV02，打開電動閥AV01，啟動循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)攪拌，攪拌時間可根據(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(shè)定值的偏差控制加酸泵或加堿泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)檢測到AIT01的pH值滿足排放標(biāo)準(zhǔn)時，停止加酸泵或加堿泵，此時循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)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(guān)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(guān)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(guān)閉電動閥AV03，打開電動閥AV04，繼續(xù)處理。當(dāng)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(yù)定高度時，進(jìn)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(shè)置

AI調(diào)節(jié)器提供豐富的用戶設(shè)置方式，使其對不同的控制均能達(dá)到滿意的控制效果，參數(shù)設(shè)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(shè)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(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：積分時間，系統(tǒng)設(shè)置值為2。

D：微分時間，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：輸入反饋信號類型，系統(tǒng)設(shè)置值為15，表示兩線制變送器輸入。

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

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

七、結(jié)語

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?。在選擇控制變量時不但要考慮檢測點(diǎn)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