专家智能pH测控仪及其应用.doc

1 专家智能 pH 测控仪及其应用摘要:针对酸碱中和的严重非线性和 pH 响应的大时滞特性, 研究开发了基于专家系统的智能 pH 测控仪,用于化工与环保废水处理等过程中,取得良好效果。关键词:中和反应 pH 值专家系统智能控制仪器仪表 The Expert Intelligent pH Controller and Its Application ABSTRACT : In consideration of the high non-linearity and time-delay characteristics of the pH process,an intelligent pH controller is developed in this paper on the basis of the expert system main characteristics of the controller is that it can anize the different control strategy according to the different working condition of the pH process so as to yield the best process controller mainly consists ofa inference machinery and a knowledge library which contains 2 several sub-knowledge libraries such as chemical library,system information library,control model library, control parameter library,trouble treatment library and so working principle of the controller is presented and a block diagram of the controller s structure is also given in the an example of application,the paper shows at last how a nicotine dissociation process,which requires rather precise control with non-overshot of temperature and pH value under serious non-linearity and time-delay characteristics,is well controlled by the controller presented in this paper. KEY WORDS : Neutralization,pH value,Expert system,Intelligent control,Instrument. 1引言酸碱中和是各类化工过程普遍存在的化学反应。反应中, pH 值的变化通常呈严重非线性和时滞特性;加上不同生产工艺过程对 pH 值的要求各不相同,要取得理想控制比 3 较困难。传统采用的由单元组合仪表构成的 pH 值控制系统, 其设计复杂、成本高且通用性差。国外于 90 年代开始研究用专家系统实现 pH 控制, 已取得较好效果〔1~3〕。本文于 1993 年研制了基于专家系统的智能 pH 测控仪,在化工、环保等行业中初步推广应用,并取得良好效果。 2 控制原理 酸碱中和特性图1 显示了几种酸碱中和特性曲线。图中不难看到, 曲线两端的变化缓慢,即随酸( 或碱) 的加入其 pH 值变化很小;而在中和点附近灵敏度很高,这时少量酸( 或碱) 的加入都会使 pH 值显著变化。此外,这些反应通常在一些大容器里进行, 从中和剂加入到溶液 pH 值的变化要经过较长时间; 如果因检测不到 pH 值的变化而一味增加中和剂,很容易造成 pH 值超调。以上两点, 使传统的 pH 控制系统很难取得理想效果。 专家智能控制专家智能控制的基本特点是根据系统运行的不同工况与特点, 分别采取不同的控制模式, 以获取最佳的控制效果〔4,5〕。对于酸碱中和过程,由图 1 所示曲线,可分成三种情况如下。 4 其一是 pH 值变化较平缓的阶段, 如图 1(a) 中的 ab段。该阶段需加入较多中和剂才能使 pH 值上升( 或下降), 因而应根据化学反应规律计算中和剂的需要量并一次性投入, 使 pH 值迅速接近目标值。