[实用新型]一种精确控制水中溶解氧含量的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及溶解氧含量控制技术，具体为一种可精确控制水中溶解氧含量的装置。

背景技术

在化工、食品、制药领域以及实验室中，反应溶液中溶解氧的含量往往是影响生产工艺或实验结果的一个重要参数，所以经常要求严格控制该参数在某一设定值附近。而气体的溶解以及排除是一个比较滞后的过程，需要较长的时间来达到平衡，并且正向控制过程和反向控制过程也不均衡，这些都给精确控制溶解氧含量带来了很大困难。常规的PID控制算法所能获得的控制效果不够理想，难以满足严格的控制精度要求。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种精确控制水中溶解氧含量的装置，解决被控系统滞后性及正反向控制过程不均衡性等问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种精确控制水中溶解氧含量的装置，该装置包括排气装置、储水容器、溶解氧传感器、变送器、混合泵、一号电磁阀、二号电磁阀、数据采集模块、可编程控制器、信号输出模块，各部分之间连接关系如下：储水容器顶部的排气口处连接排气装置，储水容器底部的进气口分成两路分别连接一号电磁阀和二号电磁阀，储水容器底部还有一出水口连接混合泵；混合泵的出水口分成两路，一路直接流回到储水容器中，还有一路上装有溶解氧传感器；溶解氧传感器的信号接到变送器上，变送器的模拟信号再接到数据采集模块的模拟信号输入通道中，数据采集模块的输出端连至可编程控制器，可编程控制器的输出端通过信号输出模块连至一号电磁阀或二号电磁阀上。

所述的精确控制水中溶解氧含量的装置，可编程控制器通过以太网口与计算机相连。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用溶解氧传感器探测水中氧含量，传感器的信号经过变送器整合成4-20mA电流信号，该信号被数据采集模块采集到可编程控制器中，可编程控制器根据实际的溶解氧值和设定的溶解氧值，按照一定的算法计算出4-20mA控制信号，信号输出模块将控制信号传送到比例电磁阀上。当实际溶解氧值低于设定值，正向控制开始，控制信号将被传送到一号电磁阀上，此时该阀根据控制信号大小调节阀的开度使氧氮混合气体通入水中，溶解氧含量开始上升；当实际溶解氧值高于设定值，反向控制开始，控制信号将被传送到二号电磁阀上，此时该阀根据控制信号大小调节阀的开度使氮气通入水中，溶解氧含量开始下降。

2、本实用新型的可编程控制器中所采用的算法限定控制信号的输出范围，并且合理调节其通断的时间比例，可以有效地解决被控系统的滞后性及正反向控制过程不均衡性。

3、本实用新型将控制信号通过信号输出模块传送到比例电磁阀上，调节阀的开度以控制通入气体的种类和流量，使溶解氧传感器可及时、准确地探测出水中溶解氧的含量。控制水中溶解氧含量时，正向控制通入氧氮混合气体，采用氧氮混合气体增加溶解氧含量，较单独采用氧气，可延缓溶解氧含量的上升速度，更容易精确控制溶解氧含量；反向控制通入氮气，可将其中的部分氧气排出。

附图说明

图1为本实用新型整个控制装置结构图。

图中，1排气装置；2储水容器；3溶解氧传感器；4变送器；5流量计；6混合泵；7一号电磁阀；8二号电磁阀；9数据采集模块；10可编程控制器；11计算机；12信号输出模块。

图2为本实用新型的控制结果与常规PID算法的控制结果对比。

图3为本实用新型溶解氧控制程序框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型整个控制装置结构主要包括：排气装置1、储水容器2、溶解氧传感器3、变送器4、流量计5、混合泵6、一号电磁阀7、二号电磁阀8、数据采集模块9、可编程控制器10、计算机11、信号输出模块12，各部分之间连接关系如下：储水容器2顶部的排气口处连接排气装置1，储水容器2底部的进气口分成两路分别连接一号电磁阀7和二号电磁阀8，储水容器2底部还有一出水口连接混合泵6；混合泵6的出水口分成两路，一路直接流回到储水容器2中，还有一路上装有流量计5和溶解氧传感器3；溶解氧传感器3的输出端连至变送器4；变送器4将信号整合成4-20mA电流信号输出至数据采集模块9；数据采集模块9通过底板连接至可编程控制器10；可编程控制器10将计算出的控制信号通过信号输出模块12传送至一号电磁阀7或二号电磁阀8上；可编程控制器10可通过以太网口与计算机11进行通讯。

本实用新型中，所采用的可编程控制器为美国NI公司生产的cfp2100控制器，该控制器带有一个串行接口和一个以太网接口，内置64MB非易失性存储器和64MB随机存储器。