CN115121097A - 一种低温等离子废气处理净化控制方法及控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废气分离处理领域，具体涉及一种低温等离子废气处理净化控制方法及控制***，嵌入式控制器控制净化设备上的采集装置采集废气湿度；判断废气湿度是否满足设定条件，若满足则控制净化设备上的采集装置采集废气温度以及废气流量；确定当前第二安全稳定系数和当前第三安全稳定系数；判断当前第二安全稳定系数与安全阈值的大小，当小于安全阈值，则控制流速阀门大小，将净化设备调至安全状态；根据当前时间段的废气流量，计算废气流量的稳定性评价值，当稳定性评价值大于评价阈值且当前第三安全稳定系数小于设定稳定值时，则控制至少两台净化设备进行协同工作。本发明方案能够实现低温等离子废气净化设备的有效控制，保证净化设备的安全。
Description
技术领域
本发明涉及废气分离处理领域，具体涉及一种低温等离子废气处理净化控制方法及控制***。
背景技术
低温等离子体技术是近年来发展出的一种有效的VOCs（挥发性有机物，VolatileOrganic Compounds）降解技术，等离子体放电过程产生的高能电子、活性自由基(O，OH，O3等)可以有效地与污染物分子发生反应，污染物分子在极短的时间内发生分解，形成短链副产物或者无污染的水和CO2，尤其是对于分子链较短的恶臭污染物，如硫醇、硫醚等有很好的效果。因此，低温等离子体技术具有操作维护简单和低能耗的特点，推广和应用前景广阔。
但是，由于VOCs的主要成分为苯系物、烷烃、烯烃等。废气中的苯系物为致癌物质，且异味明显，烷烃和烯烃等属于易燃物质，而低温等离子体技术属于高压放电，在一定条件下会引燃或者引爆一定浓度的VOCs物质，存在火灾和***的危险，因此，如何控制低温等离子废气净化装置的安全运行，是尤为重要的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供了一种低温等离子废气处理净化控制方法及控制***，所采用的技术方案具体如下：
本发明提供的一种低温等离子废气处理净化控制方法的技术方案，包括以下步骤：
嵌入式控制器控制净化设备上的采集装置采集废气湿度；
判断所述废气湿度是否满足设定条件，若满足时，则控制净化设备上的采集装置采集废气温度以及废气流量；
根据所述温度以及设定温度阈值，确定当前第二安全稳定系数；根据所述废气流量以及设定流量阈值，确定当前第三安全稳定系数；
判断当前第二安全稳定系数与安全阈值的大小，当小于安全阈值，则控制流速阀门大小，实现流速控制，将净化设备调至安全状态；
根据当前时间段的废气流量，计算废气流量的稳定性评价值，当所述稳定性评价值大于评价阈值且当前第三安全稳定系数小于设定稳定值时，则控制至少两台净化设备进行协同工作。
进一步地，判断所述废气湿度是否满足设定条件，若不满足时，则控制电磁阀改变当前废气的流向，将废气引入到湿度转换器中进行除湿处理，直至超过第二设定值，关闭电磁阀，将废气引入到净化设备。
进一步地，所述设定条件为当前第一安全稳定系数是否小于设定稳定系数；
所述当前第一安全稳定系数的获取过程为：构建湿度大小评分函数，根据当前时间段的湿度大小，确定当前时间段的湿度评分以及湿度趋势危险度；基于所述湿度评分以及所述湿度趋势危险度，确定当前第一安全稳定系数。
进一步地，实现流速控制的控制策略为：
其中，
为调节后的气体流量大小，
为调节前的气体流量大小，
为当前的第二安全稳定系数，t为一个时间变量，为距离调控方法开始后所持续的时间，单位为秒，tanh()为双曲正切函数，log为对数函数，
为函数修正系数。
进一步地，控制至少两台净化设备进行协同工作的具体过程为：
获取各台净化设备在进行净化工作时的当前第二安全稳定系数和当前第三安全稳定系数，并计算任意两台净化设备之间的边权函数值，基于所述边权函数值进行K-M配对，得到净化设备配对组，将当前的气流分配到配对组中的另一净化设备，以均衡当前的净化设备处理压力。
进一步地，所述当前第二安全稳定系数为：
其中，
为当前第一安全稳定系数，
为温度数据，
为设定温度阈值，
为修正系数，Time()函数为自定义统计持续时间函数。
进一步地，所述当前第三安全稳定系数为：
其中，
为第x组对应的废气流量，
为设定流量阈值，
为修正系数。
进一步地，所述湿度检测装置为湿度传感器或者露点仪。
本发明还提供了一种低温等离子废气处理净化控制***，包括处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器中存储的用于实现上述的一种低温等离子废气处理净化控制方法的技术方案。
本发明的有益效果：
本发明的方案，通过采集净化设备中的温度、废气湿度以及废气流量，并由嵌入式控制器对采集的净化设备的数据进行处理、分析和控制，分别确定对应的安全稳定系数，并根据安全稳定系数与对应设定值的比较，确定是否调节净化设备，将净化设备调至安全健康状态；即本发明从三个参数角度出发，能够实时监测净化设备的安全，并进行及时调节，在保证对废气进行充分、高效的处理的同时，还有效地保证了净化设备的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的一种低温等离子废气处理净化控制方法的方法流程图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的方案，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
本发明针对的是净化设备的安全控制，即通过设置嵌入式控制器以及采集装置，控制采集相关数据，用于进行判断净化设备的工作状态，并进行调控。
其中，嵌入式控制器采用ESP32系列单片机，通过IIC总线连接并读取采集装置中的相关传感器回传数据，传感器实时数据存储于嵌入式控制器的内存中，以完成相关的信号处理和浮点计算；而在执行控制时，其通过GPIO端口控制电磁阀换向，PWM信号或者DAC方式控制流速阀门开度。
需要说明的是，上述中的采集装置包括温度检测装置，设置在净化设备进出口处部，用于进出口废气的温度；湿度检测装置，设置在废气输送主管道上，用于采集废气的湿度；气流检测装置，设置在在废气输送主管道上，用于采集废气流量。
基于上述净化设备的控制***，本发明提供了一种低温等离子废气处理净化控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，嵌入式控制器控制净化设备上的采集装置采集废气湿度；
判断所述废气湿度是否满足设定条件，若满足时，则控制净化设备上的采集装置采集废气温度以及废气流量。
本实施例中采用温度传感器采集低温等离子体装置的温度；其中，温度的监测频率为1Hz，即每秒采集一次数据，采用滑窗处理，窗口大小为1分钟，即最终形成温度差大小变化数据集
，每一秒将最前面数据剔除，加入一个新数据。
上述使用的温度传感器同样使用数据总线，与嵌入式控制器进行直接相连，将温度信息传递上去；嵌入式控制器将获得的温度信息进行做差处理，得到当前温度差大小
。
需要说明的是，在等离子气体降解过程中，伴随着热量的产生，这些是反应过程中不可避免的情况，因此，在设备排出的气体的温度相较于进入时的温度存在着差异。正常情况下，这种温度差异比较小，而如果发生意外状况，例如上述气体湿度过高，导致反应加剧，出现燃烧现象，排出的气体温度明显异于正常情况，此时属于异常状态。由此，检测进出气体的温度差是有一定的必要性的。至于为何不将温度传感器放在等离子净化器内部，是因为其内部产生的能量比较大，可能会使传感器失效，或者受到电离干扰，测量不精确。
其中，采集废气湿度的湿度检测装置可以采用湿度传感器或者露点仪；具体地，本实施例中使用露点仪进行测量，以得到当前进入设备内的气体湿度大小
；对获得的湿度大小数据进行确定分析，形成数据集，数据采样频率为1Hz，即每秒采集一次，每一分钟形成一次采样数据。由于使用露点仪对气体中的湿度测量是一项公知的技术，具体细节不做过多阐述。
其中，露点仪将直接通过通讯总线形式，连接到嵌入式控制器，对当前的所有进气管道的气体湿度进行信息采集，统一汇总到嵌入式控制器。同时，本实施例中是在上述露点仪后方，加入一个三通电磁阀，用于控制当前通入气体的流向，电磁阀的控制将直接由嵌入式控制器直接控制，通过判断当前的湿度大小，确定废气流向。
需要说明的是，VOCs废气降解过程中，如果存在一定量的水分在气体中，能够在一定程度上提高降解速率，但是，湿度也是存在上限的，湿度过高会使得当前的反应剧烈，从而引发燃烧和***，因此需要对当前进入净化设备的废气进行监测，确定当前的废气湿度大小，以保证净化速率或者等离子设备的运行安全。
其中，气流检测装置是在在送气管道内，加入流量计，确定当前的气流量大小
；流量监测以5Hz的采样频率进行，即每0.2秒采集1次，每15秒形成一组可分析的数据集，即
，由此，确定当前的流入气体的流量大小。
其中，设定条件为当前第一安全稳定系数是否小于设定稳定系数，当小于时，则进行温度和废气流量的采集；反之，则控制电磁阀改变当前废气的流向，将废气引入到湿度转换器中进行除湿处理，直至超过第二设定值，关闭电磁阀，将废气引入到净化设备。
上述中的当前第一安全稳定系数为：
上述中的湿度大小评分为：
其中，tanh()为双曲正切函数，用于数据的归一化，这里对湿度大小的评价，将使其在合适的值内趋近于1，
表示当前所获得的数据集中湿度平均大小，0.2、0.6为衡量参数，
为公式修正系数，取为10。
由此，基于当前送入气体的湿度大小，确定当前湿度大小对应的分数大小；该评分函数的作用是，当出现比较高的气体湿度时，对应的分数将控制在比较低的水平，而在比较正常和比较低的湿度情况下，对应得到的分数会在比较高的水平上；由此对当前的气体输入时，对气体的湿度大小进行评价。
上述中的趋势危险程度为：
其中，exp()函数为以e为底的指数函数，Range()为极差函数，用于统计当前数据集中的湿度数据的极差大小，当极差越大，说明当前湿度变化存在一定的危险情况，但无法判断是变低还是变大。因此，引入数值排序上的比较，使用find()函数确定极值中数据位置，将出现的次序编号进行做差处理，这里使用出现的最大值编号减去最小值编号，如果为正值，则说明当前趋势为增加，具有一定潜在的危险性，否则为减弱，危险性比较弱。
其中，sign为输出符号函数，用于判断内部函数大小，如果其值大于等于0，则输出1，否则输出-1；Count()函数为计数函数，用于统计当前数据集中元素个数。
经过计算后，如果后续气体的湿度大小相较于之前比较大，则输出有效值1，同时将各项进行相加，与数据集总数做出比值，确定当前数据增加比例大小；如果该项比例比较高，说明当前气体湿度增加趋势比较明显，存在潜在危险。
当然作为其他实施方式，本发明还可以将湿度数据与标准湿度进行比较，当大于时，则需要进行除湿处理，反之，则可以直接将废气引入净化设备中。
具体地，对于湿度进行湿度回环控制：
若
小于第一设定值0.5，则说明当前湿度大小显著偏高，或者有明显的增湿迹象，需要进行除湿处理，此时由嵌入式控制器直接控制电磁阀，改变当前废气的流向，将废气引入到湿度转换器中，进行除湿处理。
继续监测进入的气体湿度大小，如果
值出现回升，并且在0.7以上，将关闭电磁阀，将废气引入到净化设备中。
重新开启后一分钟，观测
的大小，记为
。以此，保证当前反应物条件的安全性。
本实施例中第一设定值取值为0.5；第二设定值取值为0.7。
步骤2，根据所述温度以及设定温度阈值，确定当前第二安全稳定系数；根据所述废气流量以及设定流量阈值，确定当前第三安全稳定系数。
其中，当前第二安全稳定系数为：
其中，
为当前第一安全稳定系数，
为温度数据，
为设定温度阈值，
为修正系数，设定为0.2；Time()函数为自定义统计持续时间函数，Max()函数为两者取其大的函数。
其中，Time()函数为自定义统计持续时间函数，函数第一项参数为数据集
，第二项为需要比较的温度差大小，这里将根据使用经验，确定设备在正常工作后获得的温度差大小的1.2倍，作为判断标准。当数据集中的数据大于其大小后，时间则根据采样频率大小进行计时，确定在该数据集中温度差异常持续的时间长度。
上述在计算当前第二安全稳定系数时引入
的目的是，气体的湿度大小能够影响反应速率，湿度越大反应速度越剧烈，从而温度就越大，而此时的湿度大小的安全稳定评分比较差，引入该项因素是为了避开因湿度大小对温度的影响。这里引入最大值函数，对可能造成的影响进行修正，即排除因湿度过大造成的反应剧烈，进而发生温度变化的可能性。
需要说明的是，
的选取是小于标准安全温度值，即本发明中是预先进行温度的判断，进行提前调节，使净化设备处理废气的温度不高于标准温度（标准温度为该设备的出厂时的安全温度），从而保证净化设备的安全。
其中，当前第三安全稳定系数为：
其中，该公式于与述温度的衡量相似，有所不同的是，这里取一分钟的数据，由多组验证当前气流的稳定性以及大小关系；如果当前气流大小超过当前的设定阈值
，并且持续时间越久，则对应的第三安全稳定系数将会比较低，这样无疑会对当前的设备造成损坏。
由于目前工业废气一般气流量大、气流不稳定，由此会导致反应速度不可控，或者反应不够充分，浪费比较多的资源，因此对当前的气流状态进行监测评估，确定当前的设备的第三安全稳定系数
。
步骤3，判断当前第二安全稳定系数与安全阈值的大小，当小于安全阈值，则控制流速阀门大小，实现流速控制，将净化设备调至安全状态；
根据当前时间段的废气流量，计算废气流量的稳定性评价值，当所述稳定性评价值大于评价阈值且当前第三安全稳定系数小于设定稳定值时，则控制至少两台净化设备进行协同工作。
具体地，上述中实现流速控制的过程为：
根据当前的
大小，对当前的流速进行控制，具体流量控制大小函数为
其中，
为调节后的气体流量大小，
为调节前的气体流量大小，
为当前的第二安全稳定系数，t为一个时间变量，为距离调控方法开始后所持续的时间，单位为秒；tanh()为双曲正切函数，用于归一处理，log为对数函数，
为函数修正系数，设定为60。
这里，
指数越低，说明当前反应环境比较剧烈，其修正大小越大，通过
指数来控制进入设备的流速大小，能够在一定程度上缓解当前的反应速度；而引入时间变量，使得流速大小随着时间变化而变化，前期以极小的速度流入设备中，调控时间越久则更接近于原速。气流大小控制，可以通过控制阀门大小，实现流速控制，由此完成了气体流速的限流。
限流后，观测一分钟后的
值的大小，此刻流速大约为原速度的30%左右（
为0.4时），记为
。如果
相较于
变化不大，即相差大小小于0.1，则直接停机处理，避免后续损坏；如果差异大于0.1，则保持当前的调控方式，继续稳定的提高当前的气体流速，同时每分钟更新当前的
安全值大小，对流速做出修正，直到修正项（tanh()函数）大于0.95时，停止调控，恢复原速度。
如果在调控过程中仍然会触发阈值预警，则重计调控时间t；如果调控过程中发生5次以上重置，则执行停机操作，对设备进行检查，以此保证反应过程的安全性。需要说明的是，本实施例中的阈值预警为预先预警，即该阈值实际为安全标准值的90%时，即进行报警，以提前提醒工作人员。
对于废气流量的控制：
首先，计算稳定性评价值为：
其中，Fl表示当前气体流速稳定性的评价，采用方差的形式对当前的气流大小进行衡量，如果当前气流波动情况比较大，则设备处理效率不够高，可能存在空载情况，对设备使用寿命等产生一定影响。
之后进行判断，如果
值比较小但气流比较稳定（即Fl值在0.8以上），或者经过上节温度限流后，同时需要保证整体处理效率，若存在多个相似的等离子净化设备，将进行气流导流，分配到其他净化设备中；而如果仅有一台设备，将停止当前工作，收集好当前需要处理的废气，再进行一台设备处理。
若存在多个机器，则根据机器对应的
指数和
指数，通过K-M配对，进行气流量分配。
其中，K-M的边权函数为
其中，下标a表示当前需要导流的等离子净化设备，下标b表示目标匹配的等离子净化设备；
为当前需要导流的等离子净化设备的当前第三安全稳定系数，
为标匹配的等离子净化设备的当前第三安全稳定系数；引入
的目的是，避免目标匹配的设备运行时其温度大小存在异常情况，
为目标匹配的净化设备的调控开始的时间大小。
同时，确定被匹配对象的调控时间大小
，如果未出现调控，则调控时间为0；如果对象处于调控状态，则该对象不适合进行气流量上调，100为函数修正参数，放大不可调的作用。
需要进一步说明的是，每次导流量为目标设备当前流量的5%，如果超出该上限，则继续进行K-M配对，寻求下一个目标设备。
经过多次的匹配，将当前的气流分配到其他净化设备中，以均衡当前的净化设备处理压力；在K-M配对后，已经无法对当前的流量进行重新分配，则在控制总体的废气流量大小。
进一步地，由于配对后气流是以超量形式进行分配的，因此对于被匹配的对象同样不能够长时间内进行超量工作，否则会因反应速度过快，引起温度升高，进一步有更多的设备进入温度限流阶段，导致最终整体设备净化效率降低，因此在配对后一段时间内，重新评估和分配流量大小。
对于再次配对时的匹配对象赋予权值，通过观测在配对后10分钟后的
值（第二安全稳定系数，温度相关）和配对前的大小，确定其是否继续参与匹配：
首先，建立权值函数：
其中，这里的数据所表示的均为被匹配对象的数值，下标c表示配对后的数据大小，
表示气体的温度差，以配对前一分钟内的数据集进行均值处理，得到当前数据，同理，
为配对后的数据。
其次，再次匹配时，将结合边权函数
和
值大小，重新确定当前配对过程中的匹配关系；如果存在气流不稳定的情况，则进行停机操作，将气体收集后稳定释放。
同样的，在经过调控后，观测一分钟后
的大小，记为
，以此确保当前的净化效率，同时保证当前设备的处理安全性。
本发明还提供了一种低温等离子废气处理净化控制***，包括处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器中存储的用于实现上述的一种低温等离子废气处理净化控制方法的程序。其中上述的一种低温等离子废气处理净化控制方法的具体实施方式已经进行了具体的描述，此处不再赘述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低温等离子废气处理净化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
嵌入式控制器控制净化设备上的采集装置采集废气湿度；
判断所述废气湿度是否满足设定条件，若满足时，则控制净化设备上的采集装置采集废气温度以及废气流量；
根据所述温度以及设定温度阈值，确定当前第二安全稳定系数；根据所述废气流量以及设定流量阈值，确定当前第三安全稳定系数；
判断当前第二安全稳定系数与安全阈值的大小，当小于安全阈值，则控制流速阀门大小，实现流速控制，将净化设备调至安全状态；
根据当前时间段的废气流量，计算废气流量的稳定性评价值，当所述稳定性评价值大于评价阈值且当前第三安全稳定系数小于设定稳定值时，则控制至少两台净化设备进行协同工作。
2.根据权利要求1所述的一种低温等离子废气处理净化控制方法，其特征在于，判断所述废气湿度是否满足设定条件，若不满足时，则控制电磁阀改变当前废气的流向，将废气引入到湿度转换器中进行除湿处理，直至超过第二设定值，关闭电磁阀，将废气引入到净化设备。
3.根据权利要求1所述的一种低温等离子废气处理净化控制方法，其特征在于，所述设定条件为当前第一安全稳定系数是否小于设定稳定系数；
所述当前第一安全稳定系数的获取过程为：构建湿度大小评分函数，根据当前时间段的湿度大小，确定当前时间段的湿度评分以及湿度趋势危险度；基于所述湿度评分以及所述湿度趋势危险度，确定当前第一安全稳定系数。
4.根据权利要求1所述的一种低温等离子废气处理净化控制方法，其特征在于，实现流速控制的控制策略为：
其中，
为调节后的气体流量大小，
为调节前的气体流量大小，
为当前的第二安全稳定系数，t为一个时间变量，为距离调控方法开始后所持续的时间，单位为秒，tanh()为双曲正切函数，log为对数函数，
为函数修正系数。
5.根据权利要求1所述的一种低温等离子废气处理净化控制方法，其特征在于，控制至少两台净化设备进行协同工作的具体过程为：
获取各台净化设备在进行净化工作时的当前第二安全稳定系数和当前第三安全稳定系数，并计算任意两台净化设备之间的边权函数值，基于所述边权函数值进行K-M配对，得到净化设备配对组，将当前的气流分配到配对组中的另一净化设备，以均衡当前的净化设备处理压力。
6.根据权利要求1所述的一种低温等离子废气处理净化控制方法，其特征在于，所述当前第二安全稳定系数为：
其中，
为当前第一安全稳定系数，
为温度数据，
为设定温度阈值，
为修正系数，Time()函数为自定义统计持续时间函数。
7.根据权利要求1所述的一种低温等离子废气处理净化控制方法，其特征在于，所述当前第三安全稳定系数为：
其中，
为第x组对应的废气流量，
为设定流量阈值，
为修正系数。
8.根据权利要求1所述的一种低温等离子废气处理净化控制方法，其特征在于，所述湿度检测装置为湿度传感器或者露点仪。
9.一种低温等离子废气处理净化控制***，包括处理器和存储器，其特征在于，所述处理器执行所述存储器中存储的用于实现如权利要求1-8中任一项所述的一种低温等离子废气处理净化控制方法的程序。
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2022
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