1.本发明涉及工业循环水水质监控技术领域，特别是涉及一种工业循环水智能监控装置及控制方法。
背景技术：2.目前多数工业循环水系统运行、管理均很粗放，循环水水质监控仍采用人工操作循环水补水门、加药门和排污泵，在复杂的工况下很难进行有效的控制，人工测量的水质数据滞后性很大，无法准确保证循环水水质的稳定，增加了循环水系统产生结垢和腐蚀的风险，导致设备出现结垢腐蚀故障，造成经济损失。
3.由于机组负荷、外界的温度和大气湿度等的变化，会影响工业循环水的水质，同时循环水系统自身具有过大的滞后性，导致运行人员无法准确监控循环水水质，增加职工劳动强度，形成安全隐患。
技术实现要素：4.为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种工业循环水水质监控装置及控制方法，本发明的控制方法在外界因素发生变化时，能够智能的控制循环水运行状况，减少运行人员的工作量，并且工业循环水的水质保证稳定。
5.为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种工业循环水水质监控装置，包括：采样单元、补充水单元、阻垢剂单元、排污单元和控制单元；
7.所述采样单元包括通过采样管路相连通的循环水泵出口和工业循环水塔，采样管路上设置有采样装置；
8.所述补充水单元包括补充管路相连通的补充水电动阀和补充水流量计，补充管道出口至工业循环水塔；
9.所述阻垢剂单元包括除垢管路相连通的加药电动阀和补充水流量计，除垢管道出口至工业循环水塔；
10.所述排污单元包括在排污管路相连通的循环水泵；工业循环水塔底部设置有超声波液位计；
11.所述控制单元包括plc控制器，plc控制器与采样装置、超声波液位计、补充水电动阀、补充水流量计、加药电动阀和加药流量计电连接。
12.作为本发明的进一步改进，所述采样装置包括依次设置在采样管路上的采样入口阀、在线电导率仪表、在线碱度表、在线硬度表；plc控制器与采样入口阀、在线电导率仪表、在线碱度表、在线硬度表电连接。
13.作为本发明的进一步改进，所述控制单元还包括触摸屏，触摸屏和plc控制器电连接。
14.作为本发明的进一步改进，还包括排污池，排污管一端与所述工业循环水塔底部
连接，另一端通过循环水泵连接至排污池；所述采样管路的端部连接至所述排污池。
15.作为本发明的进一步改进，所述循环水泵出口与工业循环水塔内部喷淋头连接。
16.一种工业循环水水质监控装置的控制方法，包括以下步骤：
17.超声波液位计将信号传输到plc控制器内部，plc控制器控制补水电动阀的开度，使得循环水池的液位保持稳定；
18.利用补充水流量计的实时值计算出此时循环水阻垢剂所需的加入量，通过plc控制器利用pid控制算法，控制加药电动阀开度保证了阻垢剂的加药量；
19.将循环水电导率、碱度和硬度实时值传入plc控制器中，plc控制器使用闭环动态分段控制方法控制排污泵的排污时间。
20.作为本发明的进一步改进，所述plc控制器利用pid算法使得循环水池的液位保持稳定，pid算法如下：
[0021][0022]ul
(t)为pid算法计算出来的补水电动阀开度，plc将u
l
(t)信号的大小直接作用于补水电动阀，e
l
(t)是液位期望值与实际值之间的差值，kl
p
为液位比例系数，tli为液位积分时间常数，tld为液位微分时间常数。
[0023]
作为本发明的进一步改进，利用补充水流量计的实时值计算出此时循环水阻垢剂所需的加入量，利用比例参数kf，动态的得出此时阻垢剂需要加入的流量，plc控制器将该计算值作为pid公式的期望值，与加药流量计的实时值进行比对，得出差值ef(t)，利用kf
p
为加药比例系数，tfi为加药积分时间常数，tfd为加药微分时间常数，通过下式计算：
[0024][0025]
uf(t)为pid算法计算出来的加药电动阀开度，plc将uf(t)信号的大小直接作用于加药电动阀。
[0026]
作为本发明的进一步改进，利用在线电导率表、在线硬度表测量出循环水在线实时值，在plc控制器内部分别与电导率期望值、碱度期望值和硬度期望值进行比较，得到电导率差值ed(t)、碱度差值ej(t)、和硬度差值ey(t)；分别利用闭环动态分段控制函数，即电导率闭环动态分段控制函数fd(t)、碱度闭环动态分段控制函数fj(t)和硬度闭环动态分段控制函数fy(t)，以上三个闭环动态分段控制函数为：
[0027][0028]
[0029][0030]
通过上式计算出来的电导率所需排污时间ud(t)、碱度所需排污时间uj(t)和硬度所需排污时间uy(t)，通过上述所需时间的得出，利用下式得出循环水排污泵的开启时间u
p
(t)：
[0031]up
(t)＝max(ud(t)uj(t)uy(t))
[0032]
如上式所示，取得电导率所需排污时间ud(t)、碱度所需排污时间uj(t)和硬度所需排污时间uy(t)的最大值，得到排污泵的开启时间u
p
(t)。
[0033]
作为本发明的进一步改进，所述plc控制器使用闭环动态分段控制方法控制排污泵的排污时间，具体步骤为：
[0034]
设置工业循环水液位、阻垢剂含量、电导率、碱度和硬度的期望值，以及对应的控制参数kl
p
为液位比例系数，tli为液位积分时间常数，tld为液位微分时间常数，kf
p
为加药比例系数，tfi为加药积分时间常数，tfd为加药微分时间常数和kf阻垢剂含量参数；
[0035]
启动在线电导率表、在线碱度表、在线硬度表和超声波液位计，开始进行循环水采样，plc根据循环水实时的数据，与液位、电导率、碱度和硬度值进行比较，得出补水电动阀的开度和排污泵的排污时间，利用补水流量计的实时流量，根据kf阻垢剂含量参数计算出此时阻垢剂所需值，控制加药电动阀的开度。
[0036]
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
[0037]
本发明装置简单实用且控制循环水的运行，能够控制循环水的液位、电导率、碱度和硬度，同时可以按照比例控制循环水阻垢剂，满足了工业循环水的运行要求。相比目前的工业循环水浓缩倍率控制系统，增加了循环水水质测量在线仪表，包括在线电导率表、在线碱度表和在线硬度表，以及超声波液位计，通过上述实时信号的采集，通过plc控制器内部的算法，分别控制排污泵、补水阀和加药阀，从而使得循环水水质可以达到运行控制的要求。
[0038]
采用该发明控制方法，利用pid控制算法的快速性的控制循环水水池液位稳定；同时利用补水流量计的实时值，使用pid控制算法计算加药阀的开度，动态的改变加药量，保证循环水中的阻垢剂含量稳定；使用闭环动态分段控制方法控制排污泵的排污时间，从而保证循环水电导率、碱度和硬度稳定。提高工业循环水运行过程中水质控制的快速性和准确性，而且减少了运行人员的工作量，保证了工业循环水运行的安全性和经济性。
附图说明
[0039]
图1工业循环水水质监控装置；
[0040]
图2工业循环水液位控制方法流程图；
[0041]
图3工业循环水阻垢剂含量控制方法流程图；
[0042]
图4工业循环水阻碱度、硬度、电导率控制方法流程图。
[0043]
其中，工业循环水塔1；循环水泵2；循环水排污泵3；采样入口阀4；在线电导率仪表5；在线碱度表6；在线硬度表7；排污池8；超声波液位计9；加药电动阀10；加药流量计11；补
充水电动阀12；补充水流量计13；plc控制器14；触摸屏15。
具体实施方式
[0044]
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0045]
如图1所示，本发明的一种工业循环水水质监控装置，包括采样单元、补充水单元、阻垢剂单元、排污单元和控制单元。
[0046]
其中，采样单元包括通过采样管路相连通的循环水泵2出口和工业循环水塔1，采样管路上依次具有采样入口阀4、在线电导率仪表5、在线碱度表6、在线硬度表7。
[0047]
补充水单元包括补充管路相连通的补充水电动阀12和补充水流量计13，补充管道出口至工业循环水塔1。
[0048]
阻垢剂单元包括除垢管路相连通的加药电动阀10和补充水流量计11，除垢管道出口至工业循环水塔1。
[0049]
排污单元包括在排污管路相连通的循环水泵3和排污池8。
[0050]
本发明装置通过设置采样单元、补充水单元、阻垢剂单元、排污单元和控制单元，能够控制循环水的液位、电导率、碱度和硬度，同时可以按照比例控制循环水阻垢剂，满足了工业循环水的运行要求。相比目前的工业循环水浓缩倍率控制系统，增加了循环水水质测量在线仪表，包括在线电导率表、在线碱度表和在线硬度表，以及超声波液位计，通过上述实时信号的采集，通过plc控制器内部的算法，分别控制排污泵、补水阀和加药阀，从而使得循环水水质可以达到运行控制的要求。
[0051]
具体地，所述控制单元包括触摸屏15和plc控制器14，plc控制器14与在线电导率仪表5、在线碱度表6、在线硬度表7、超声波液位计9、补充水电动阀12、补充水流量计13、加药电动阀10和加药流量计11电连接。
[0052]
还包括排污池8，排污管一端与所述工业循环水塔1底部连接，另一端通过循环水泵3连接至排污池8。
[0053]
所述采样管路的端部连接至所述排污池8。
[0054]
所述循环水泵2出口与工业循环水塔1内部喷淋头连接。
[0055]
所述的工业循环水水质智能监控装置进行控制方法，包括以下步骤：
[0056]
本装置使用超声波液位计9，将信号传输到plc控制器14内部，plc控制器14使用pid控制算法，控制补水电动阀12的开度，从而对循环水池的液位保持稳定；利用补充水流量计13的实时值计算出此时循环水阻垢剂所需的加入量，通过plc控制器14利用pid控制算法，控制加药电动阀开度保证了阻垢剂的加药量；将循环水电导率、碱度和硬度实时值传入plc控制器中，plc控制器使用闭环动态分段控制方法控制排污泵的排污时间，保证了循环水电导率、碱度和硬度稳定。上述控制目标的实现，保证了循环水水质的智能控制。本发明方法可以在无需人工干预的情况下，便捷的实现控制工业循环水水质的智能监控。
[0057]
下面结合附图1和附图2对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
[0058]
如附图1所示，投运工业循环水水质智能控制装置时，打开采样入口阀4，在触摸屏
1上确认循环水液位、电导率、碱度、硬度采样值是否与在线仪表显示一致，两者信息一致后，即可将工业循环水水质智能控制装置投入自动运行。
[0059]
如附图2所示，超声波液位计9采集到实时的循环水池液位信号后，将信号传递进plc控制器14中，plc控制器利用pid公式，如下式所示
[0060]
pid计算公式如下：
[0061][0062]
其中k
p
为比例系数，ti为积分时间常数，td为微分时间常数，e(t)为期望值和采样值的差值，u(t)为控制量；
[0063]
结合上式可以得出，液位控制信号的pid计算公式中，e
l
(t)是液位期望值与实际值之间的差值，kl
p
为液位比例系数，tli为液位积分时间常数，tld为液位微分时间常数，如下式所示
[0064][0065]ul
(t)为pid算法计算出来的补水电动阀12开度，plc将u
l
(t)信号的大小直接作用于补水电动阀12，保证了循环水池液位的稳定。
[0066]
如附图3所示，利用补水流量计13传递给plc控制器14的信号，利用比例参数kf，动态的得出此时阻垢剂需要加入的流量，将该计算值作为pid公式的期望值，与加药流量计的实时值进行比对，得出差值ef(t)，利用kf
p
为加药比例系数，tfi为加药积分时间常数，tfd为加药微分时间常数，通过下式计算：
[0067][0068]
uf(t)为pid算法计算出来的加药电动阀10开度，plc将uf(t)信号的大小直接作用于加药电动阀12，保证了循环水阻垢剂含量的稳定。
[0069]
如附图4所示，利用在线电导率表5、在线碱度表6、在线硬度表7测量出循环水在线实时值，在plc控制器14内部分别与电导率期望值、碱度期望值和硬度期望值进行比较，得到电导率差值ed(t)、碱度差值ej(t)、和硬度差值ey(t)。分别利用闭环动态分段控制函数，即电导率闭环动态分段控制函数fd(t)、碱度闭环动态分段控制函数fj(t)和硬度闭环动态分段控制函数fy(t)，以上三个闭环动态分段控制函数可以表示如下式：
[0070][0071]
[0072][0073]
通过上式计算出来的电导率所需排污时间ud(t)、碱度所需排污时间uj(t)和硬度所需排污时间uy(t)，通过上述所需时间的得出，利用下式得出循环水排污泵3的开启时间u
p
(t)：
[0074]up
(t)＝max(ud(t) uj(t) uy(t))
[0075]
如上式所示，取得电导率所需排污时间ud(t)、碱度所需排污时间uj(t)和硬度所需排污时间uy(t)的最大值，即可得到排污泵3的开启时间u
p
(t)，满足循环水水质的控制要求。
[0076]
具体步骤为：
[0077]
在触摸屏15上设置工业循环水液位、阻垢剂含量、电导率、碱度和硬度的期望值，以及对应的控制参数kl
p
为液位比例系数，tli为液位积分时间常数，tld为液位微分时间常数，kf
p
为加药比例系数，tfi为加药积分时间常数，tfd为加药微分时间常数和kf阻垢剂含量参数。
[0078]
点击自动运行按钮，启动在线电导率表5、在线碱度表6、在线硬度表7和超声波液位计，开始进行循环水采样，plc根据循环水实时的数据，与液位、电导率、碱度和硬度值进行比较，得出补水电动阀12的开度和排污泵3的排污时间，利用补水流量计13的实时流量，根据kf阻垢剂含量参数计算出此时阻垢剂所需值，控制加药电动阀10的开度，从而保证了循环水水质的智能控制。
[0079]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
技术特征：1.一种工业循环水水质监控装置，其特征在于，包括：采样单元、补充水单元、阻垢剂单元、排污单元和控制单元；所述采样单元包括通过采样管路相连通的循环水泵(2)出口和工业循环水塔(1)，采样管路上设置有采样装置；所述补充水单元包括补充管路相连通的补充水电动阀(12)和补充水流量计(13)，补充管道出口至工业循环水塔(1)；所述阻垢剂单元包括除垢管路相连通的加药电动阀(10)和补充水流量计(11)，除垢管道出口至工业循环水塔(1)；所述排污单元包括在排污管路相连通的循环水泵(3)；工业循环水塔(1)底部设置有超声波液位计(9)；所述控制单元包括plc控制器(14)，plc控制器(14)与采样装置、超声波液位计(9)、补充水电动阀(12)、补充水流量计(13)、加药电动阀(10)和加药流量计(11)电连接。2.根据权利要求1所述的工业循环水水质监控装置，其特征在于，所述采样装置包括依次设置在采样管路上的采样入口阀(4)、在线电导率仪表(5)、在线碱度表(6)、在线硬度表(7)；plc控制器(14)与采样入口阀(4)、在线电导率仪表(5)、在线碱度表(6)、在线硬度表(7)电连接。3.根据权利要求1所述的工业循环水水质监控装置，其特征在于，所述控制单元还包括触摸屏(15)，触摸屏(15)和plc控制器(14)电连接。4.根据权利要求1所述的工业循环水水质监控装置，其特征在于，还包括排污池(8)，排污管一端与所述工业循环水塔(1)底部连接，另一端通过循环水泵(3)连接至排污池(8)；所述采样管路的端部连接至所述排污池(8)。5.根据权利要求1所述的工业循环水水质监控装置，其特征在于，所述循环水泵(2)出口与工业循环水塔(1)内部喷淋头连接。6.一种如权利要求1至5任一项所述的工业循环水水质监控装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：超声波液位计将信号传输到plc控制器内部，plc控制器控制补水电动阀的开度，使得循环水池的液位保持稳定；利用补充水流量计的实时值计算出此时循环水阻垢剂所需的加入量，通过plc控制器利用pid控制算法，控制加药电动阀开度保证了阻垢剂的加药量；将循环水电导率、碱度和硬度实时值传入plc控制器中，plc控制器使用闭环动态分段控制方法控制排污泵的排污时间。7.根据权利要求5所述的工业循环水水质监控装置的控制方法，其特征在于，所述plc控制器利用pid算法使得循环水池的液位保持稳定，pid算法如下：其中，u
l
(t)为pid算法计算出来的补水电动阀开度，plc将u
l
(t)信号的大小直接作用于补水电动阀，e
l
(t)是液位期望值与实际值之间的差值，kl
p
为液位比例系数，tl
i
为液位积分时间常数，tl
d
为液位微分时间常数。8.根据权利要求5所述的工业循环水水质监控装置的控制方法，其特征在于，
所述利用补充水流量计的实时值计算出此时循环水阻垢剂所需的加入量，利用比例参数k
f
，动态的得出此时阻垢剂需要加入的流量，plc控制器将该计算值作为pid公式的期望值，与加药流量计的实时值进行比对，得出差值e
f
(t)，利用kf
p
为加药比例系数，tf
i
为加药积分时间常数，tf
d
为加药微分时间常数，通过下式计算：u
f
(t)为pid算法计算出来的加药电动阀开度，plc将u
f
(t)信号的大小直接作用于加药电动阀。9.根据权利要求5所述的工业循环水水质监控装置的控制方法，其特征在于，利用在线电导率表、在线硬度表测量出循环水在线实时值，在plc控制器内部分别与电导率期望值、碱度期望值和硬度期望值进行比较，得到电导率差值e
d
(t)、碱度差值e
j
(t)、和硬度差值e
y
(t)；分别利用闭环动态分段控制函数，即电导率闭环动态分段控制函数f
d
(t)、碱度闭环动态分段控制函数f
j
(t)和硬度闭环动态分段控制函数f
y
(t)，以上三个闭环动态分段控制函数为：分段控制函数为：分段控制函数为：通过上式计算出来的电导率所需排污时间u
d
(t)、碱度所需排污时间u
j
(t)和硬度所需排污时间u
y
(t)，通过上述所需时间的得出，利用下式得出循环水排污泵的开启时间u
p
(t)：u
p
(t)＝max(u
d
(t) u
j
(t) u
y
(t))取得电导率所需排污时间u
d
(t)、碱度所需排污时间u
j
(t)和硬度所需排污时间u
y
(t)的最大值，得到排污泵的开启时间u
p
(t)。10.根据权利要求5所述的工业循环水水质监控装置的控制方法，其特征在于，所述plc控制器使用闭环动态分段控制方法控制排污泵的排污时间，具体步骤为：设置工业循环水液位、阻垢剂含量、电导率、碱度和硬度的期望值，以及对应的控制参数kl
p
为液位比例系数，tl
i
为液位积分时间常数，tl
d
为液位微分时间常数，kf
p
为加药比例系数，tf
i
为加药积分时间常数，tf
d
为加药微分时间常数和k
f
阻垢剂含量参数；启动在线电导率表、在线碱度表、在线硬度表和超声波液位计，开始进行循环水采样，plc根据循环水实时的数据，与液位、电导率、碱度和硬度值进行比较，得出补水电动阀的开
度和排污泵的排污时间，利用补水流量计的实时流量，根据k
f
阻垢剂含量参数计算出此时阻垢剂所需值，控制加药电动阀的开度。
技术总结本发明公开了一种工业循环水水质监控装置及控制方法。装置包括：采样单元、补充水单元、阻垢剂单元、排污单元和控制单元；其中，所述采样单元包括通过管路相连通的循环水泵出口和工业循环水塔，连通管路上依次具有采样入口阀、在线电导率表、在线碱度表、在线硬度表；所述补充水单元包括管路相连通的补充水电动阀和补充水流量计，管道出口至工业循环水塔。所述阻垢剂单元包括管路相连通的加药电动阀和补充水流量计，管道出口至工业循环水塔。所述控制单元包括PLC控制器。本发明方法可以在无需人工干预的情况下，便捷的实现控制工业循环水水质的智能监控。环水水质的智能监控。环水水质的智能监控。
技术研发人员：李晓东 金轶群 刘川 刘钢 罗智斌 谢宙桦 黄善锋 郭焱
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/7/5
