一種pH過程的HSI測(cè)控方法
【專利摘要】一種pH過程的HSI測(cè)控方法是把設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的pH過程仿人智能測(cè)控算法程序封裝在自主研發(fā)的80C552單片機(jī)主板里面，通過80C552單片機(jī)主板設(shè)計(jì)提供的外圍設(shè)備接口，集成pH傳感器、控制機(jī)構(gòu)、自主研發(fā)的人機(jī)界面及升降裝置等，實(shí)現(xiàn)了pH過程24小時(shí)實(shí)時(shí)仿人智能有效測(cè)量和控制被測(cè)對(duì)象pH值，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)人機(jī)交互功能。該方法可根據(jù)被測(cè)對(duì)象現(xiàn)場(chǎng)情況的需要和變化，靈活調(diào)整控制參數(shù)，增加測(cè)控系統(tǒng)不同領(lǐng)域的自適應(yīng)能力和適用性，解決了一般傳統(tǒng)pH測(cè)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，收斂性，智能性，通用性差的問題。
【專利說明】一種pH過程的HSI測(cè)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于HSI的pH過程的測(cè)量與控制方法，可被廣泛應(yīng)用于制糖、污水處理、化工等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]pH過程測(cè)控技術(shù)在冶金、化工、制糖、選礦、污水處理的pH測(cè)量與控制等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。PH過程測(cè)控技術(shù)是一種可以自動(dòng)測(cè)量和控制應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)節(jié)中被測(cè)控對(duì)象PH值的技術(shù)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、測(cè)控精度高、響應(yīng)速度快、智能化水平高等特點(diǎn)。pH過程測(cè)控系統(tǒng)表現(xiàn)在24小時(shí)在線自動(dòng)測(cè)控對(duì)象，替代繁瑣的人工測(cè)控，減小測(cè)控誤差，使被測(cè)控對(duì)象的PH值保持在預(yù)控制范圍內(nèi)，具有pH過程自動(dòng)測(cè)量與控制特性。
[0003]仿人智能(HSI)測(cè)控是以人的行為、思維方式、測(cè)控經(jīng)驗(yàn)、測(cè)控分析方法等方面為基礎(chǔ)并利用機(jī)器加以系統(tǒng)測(cè)控的模擬，主要針對(duì)非線性，大滯后，難于建立模型的測(cè)控系統(tǒng)。測(cè)控系統(tǒng)模擬的核心是直接對(duì)人的測(cè)控經(jīng)驗(yàn)、技巧和各種直覺推理邏輯進(jìn)行測(cè)辯、概括和總結(jié)，編制成各種實(shí)用、測(cè)控精度高、自適應(yīng)能力強(qiáng)及實(shí)時(shí)運(yùn)行的測(cè)控算法。仿人智能測(cè)控算法以人對(duì)被測(cè)控對(duì)象的觀察、記憶、決策等模仿為基礎(chǔ)，根據(jù)被測(cè)對(duì)象實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)值與設(shè)定值的偏差及偏差的變化趨勢(shì)來確定控制策略。
[0004]現(xiàn)在常見的pH過程智能控制算法有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法等，但能夠適用于PH過程并且能夠解決pH過程被測(cè)控對(duì)象難以建立精確數(shù)學(xué)模型問題的測(cè)控算法相對(duì)甚少。仿人智能(HSI)測(cè)控以人的思維方式、控制經(jīng)驗(yàn)、行為和直覺推理為基礎(chǔ)，避開了求解繁瑣的對(duì)象模型時(shí)遇到的許多難題，它在過程測(cè)控系統(tǒng)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)于模型復(fù)雜或模型相對(duì)難于建立的PH過程系統(tǒng)，仿人智能測(cè)控是一種不錯(cuò)的選擇。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決pH過程中存在的測(cè)控效果不理想、智能化水平不高、通用性差的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種PH過程仿人智能測(cè)控方法。在自主研發(fā)的pH過程仿人智能測(cè)控算法和80C552單片機(jī)主板及外圍電路的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了 pH過程24小時(shí)實(shí)時(shí)仿人智能有效測(cè)量和控制被測(cè)對(duì)象PH值，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況的需要和變化，靈活調(diào)整控制參數(shù)，增加系統(tǒng)不同領(lǐng)域的自適應(yīng)能力和適用性。
[0006]本方法在實(shí)現(xiàn)時(shí)把pH過程仿人智能測(cè)控算法程序封裝在80C552單片機(jī)主板里面，自主研發(fā)的80C552單片機(jī)主板提供外圍設(shè)備接口，因此可方便集成傳感器、控制機(jī)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)PH和閥位傳感器信號(hào)的采集、電動(dòng)閥門和升降清洗裝置控制信號(hào)的輸出，通過仿人智能測(cè)控算法，提高測(cè)控的精確性與有效性。在設(shè)計(jì)上本方法分為四個(gè)邏輯單元，分別是測(cè)量和控制單元，人機(jī)界面單元，控制機(jī)構(gòu)單元，傳感器和升降清洗單元。方法總體邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
[0007]1.可配置測(cè)量和控制單元用于采集傳感器和控制機(jī)構(gòu)的模擬信號(hào)，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過HIS測(cè)控算法分析處理，把控制的數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并且輸出，是本方法設(shè)計(jì)的核心部分。算法模擬人的測(cè)量和控制行為，根據(jù)輸入輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征，實(shí)現(xiàn)PH過程的智能測(cè)控，完全可以滿足絕大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，并且把此單元封裝成測(cè)控主模塊。其設(shè)計(jì)如圖2所示，該模塊啟動(dòng)后，按照預(yù)控值和使用環(huán)境的要求，設(shè)置系統(tǒng)初始運(yùn)行參數(shù)。該模塊在運(yùn)行過程中，具有錯(cuò)誤檢測(cè)與報(bào)警提示、死機(jī)復(fù)位功能，實(shí)現(xiàn)該單元啟動(dòng)之后PH過程的自動(dòng)測(cè)控。
[0008]2.交互式人機(jī)界面單元
本單元負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值、控制參數(shù)及聲光報(bào)警信號(hào)，設(shè)置預(yù)定值和參數(shù)，功能切換和操作，其設(shè)計(jì)如圖3所示。算法中的顯示和鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和人機(jī)交互功能。
[0009]3.控制機(jī)構(gòu)單元
本方法的控制機(jī)構(gòu)單元是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥單元。該單元根據(jù)測(cè)控單元計(jì)算分析的控制信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門的閥位，以此控制pH中和劑的流量。算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集電動(dòng)閥門的閥位值和狀態(tài)值，識(shí)別PH過程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的pH誤差特征，綜合計(jì)算分析處理后調(diào)節(jié)信號(hào)，電動(dòng)閥門做出增大、減小及步進(jìn)等閥門調(diào)節(jié)動(dòng)作。
[0010]4.傳感器和升降清洗單元
本單元包括PH傳感器(內(nèi)含溫度傳感器)和升降清洗裝置，算法實(shí)現(xiàn)PH傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量信號(hào)的采集和處理，按照控制過程的要求輸出升降清洗控制信號(hào)，提高實(shí)時(shí)PH測(cè)量值的準(zhǔn)確性。
[0011]本發(fā)明的好處是采用仿人智能測(cè)控思想與技術(shù)設(shè)計(jì)出PH過程仿人智能測(cè)控算法，能夠在自主研發(fā)的80C552單片機(jī)主板及外圍設(shè)備硬件平臺(tái)上實(shí)時(shí)采集、處理pH傳感器和控制機(jī)構(gòu)信號(hào)，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，并可根據(jù)實(shí)際狀況和綜合因素調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)的輸出，解決了一般傳統(tǒng)PH測(cè)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，收斂性，智能性，通用性差的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是本方法采用的邏輯結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是測(cè)控單元總體結(jié)構(gòu)圖，在圖中可看出pH過程HSI測(cè)控算法封裝在該單元里。
[0015]圖3是本方法的人機(jī)界面設(shè)計(jì)圖。
[0016]圖3所示的人機(jī)界面包括三個(gè)區(qū)域:左邊和中下部份是pH值、設(shè)定值、閥位及部分控制參數(shù)實(shí)時(shí)顯示區(qū)域；中間部分是聲光報(bào)警區(qū)域；右邊部分是功能切換和功能操作區(qū)域。
[0017]圖4是pH過程傳統(tǒng)測(cè)控與仿人智能測(cè)控結(jié)果比較圖。本方法控制調(diào)節(jié)速度快，遇到波動(dòng)的情況下，能在較短時(shí)間內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)誤差范圍內(nèi)，繼而保持控制穩(wěn)定。

【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的pH過程HSI測(cè)控方法包括:一個(gè)pH過程仿人智能測(cè)控算法，用于實(shí)現(xiàn)pH過程測(cè)量與控制，是嵌入在測(cè)控系統(tǒng)中的軟件部分；一個(gè)測(cè)量與控制單元，用于實(shí)現(xiàn)PH過程測(cè)量與控制，是測(cè)控系統(tǒng)的核心硬件部分；一個(gè)是控制機(jī)構(gòu)單元，主要是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于控制中和劑的流量；一個(gè)是人機(jī)界面單元，用于實(shí)時(shí)顯示測(cè)控運(yùn)行狀態(tài)和人機(jī)互動(dòng)；一個(gè)是PH傳感器和升降清洗裝置，用于實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)對(duì)象的pH值與溫度值，間隙升降清洗傳感器。其中測(cè)控單元，結(jié)構(gòu)如圖2所示，在設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)各個(gè)模塊和接口將主板電路做好，再用80C552單片機(jī)和多種電子元器件焊接形成主板，并產(chǎn)生外圍設(shè)備接口。測(cè)控單元啟動(dòng)后，算法實(shí)時(shí)檢測(cè)死機(jī)狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)，“WatchDog”模塊使得主板能夠死機(jī)復(fù)位并繼續(xù)運(yùn)行。另外，可以通過主板上的DIP開關(guān)硬設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行的控制參數(shù)，方便有多項(xiàng)固值參數(shù)的選用。
[0019]如圖3所示為該方法的人機(jī)界面單元，小圓圈和矩形框內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)使用LED燈，以綠色和紅色分別顯示信號(hào)和數(shù)值，功能切換和功能操作區(qū)域設(shè)計(jì)為軟鍵盤。連接測(cè)控單元的人機(jī)界面接口，通過算法和操作軟鍵盤實(shí)時(shí)顯示PH過程測(cè)控狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)功能操作、功能切換、控制參數(shù)設(shè)置及報(bào)警等人機(jī)互動(dòng)。該方法除了能夠在PH過程中自動(dòng)測(cè)控，還能切換為手動(dòng)測(cè)控，以及自動(dòng)升降清洗傳感器切換為手動(dòng)升降清洗傳感器。
[0020]按照?qǐng)D2、圖3描述的功能與測(cè)控過程，利用Keil Cx51 V7.0單片機(jī)高級(jí)語言編程和進(jìn)行編譯來實(shí)現(xiàn)HSI算法的設(shè)計(jì)，先把每個(gè)軟件模塊編程實(shí)現(xiàn)，并從總體上編譯生成匯編語言，最后通過潤(rùn)飛RF-1800芯片編程工具，把pH過程HSI算法匯編代碼寫入E2PROM芯片，實(shí)現(xiàn)HSI算法嵌入到圖2所示的自主研發(fā)的80C552單片機(jī)主板內(nèi)。
[0021]在圖1中，首先在試驗(yàn)室或用戶處搭建pH過程環(huán)境，然后硬件連接各結(jié)構(gòu)單元，通過實(shí)時(shí)的PH過程，反復(fù)進(jìn)行測(cè)試與實(shí)驗(yàn)，根據(jù)輸入與輸出等數(shù)據(jù)與信號(hào)，判斷PH過程HSI算法是否正確或是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，并保存測(cè)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種基于HSI的pH過程測(cè)量與控制方法，其包括:一個(gè)測(cè)量與控制單元，嵌入pH過程HIS算法，用于實(shí)現(xiàn)pH過程測(cè)量與控制；一個(gè)是控制機(jī)構(gòu)單元，用于控制中和劑的流量；一個(gè)是人機(jī)界面單元，用于實(shí)時(shí)顯示測(cè)控狀態(tài)和人機(jī)互動(dòng)；一個(gè)是PH傳感器和升降清洗裝置，用于實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)對(duì)象的PH值與溫度值，升降清洗傳感器，其特征是:模擬人的測(cè)量和控制行為，根據(jù)輸入輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征，綜合各因素計(jì)算分析輸出控制信號(hào)，調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)，其利用Keil Cx51 V7.0單片機(jī)高級(jí)語言編程實(shí)現(xiàn)各個(gè)測(cè)控模塊，設(shè)計(jì)各個(gè)硬件模塊并連接起來構(gòu)成可自動(dòng)運(yùn)行的PH過程測(cè)控系統(tǒng)，使其能夠在以80C552單片機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)PH過程仿人智能測(cè)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于HSI的pH過程測(cè)量與控制方法設(shè)計(jì)，其特征是:所述的控制機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)算法的控制信號(hào)產(chǎn)生快速響應(yīng)的增大、減小及步進(jìn)等閥門調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于HSI的pH過程測(cè)量與控制方法設(shè)計(jì)，其特征是:所述的人機(jī)界面，能夠?qū)崟r(shí)顯示測(cè)量值、控制參數(shù)及聲光報(bào)警信號(hào)，按測(cè)控要求設(shè)置預(yù)定值和參數(shù)，進(jìn)行功能切換和操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于HSI的pH過程測(cè)量與控制方法設(shè)計(jì)，其特征是:pH傳感器和升降清洗裝置能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)產(chǎn)生被測(cè)對(duì)象PH和溫度信號(hào)并且根據(jù)測(cè)控要求間隙升降和清洗PH傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于HSI的pH過程測(cè)量與控制方法設(shè)計(jì)，其特征是:根據(jù)pH過程現(xiàn)場(chǎng)情況的需要和變化，測(cè)控系統(tǒng)靈活調(diào)整控制參數(shù)，適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK104199478SQ201410427286
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】曹良坤, 艾昌文 申請(qǐng)人:云南大學(xué)