第20卷第3期計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化Vol. 20 No. 32001年9月COMPUTING TECHNOLOGY AND AUTOMATIONSept 2001文章編號(hào):1003- 6920000 0031- 03電廠污水處理的自適應(yīng)控制彭炫,段仁君,程邦宇(長(zhǎng)鈔礦山研究院,長(zhǎng)沙410012)摘要:污水處理的PH值控刷經(jīng)常面對(duì)大襻后系統(tǒng).且系統(tǒng)的過稷特性蠃污水流量和原水oH值等因素而變化.難以控制。本文提出的自適應(yīng)前鎮(zhèn)和自適應(yīng)反馕控制技術(shù)可將污水pH值平穩(wěn)控制在設(shè)定值士0.15的范圍內(nèi),采用普通PLC實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞:污水處理:pH值控制;自適應(yīng)控制中閨分類號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AAdaptive Control in Process and Waste StreamsPENG Cuan , DUAN Ren - jun ,CHENH Bang - yu(Changsha Insitute of Mining Research .Changsha 410012)Abstract:A PLC system with adaptive feedback and feedlorword control in process and waste stteams hasbeen descibed.Key words:Treatment of waste streams;PH control. Adaptive control1引言在火力發(fā)電過程中,燃煤產(chǎn)生的煙塵經(jīng)電除塵器捕集后,用壓力水輸送至灰場(chǎng)存放,灰場(chǎng)的沉淀污水(簡(jiǎn)稱灰水)再通過明渠，縊流排放到河流中。由于粉煤灰中所含的堿性離子在灰水中發(fā)生水解反應(yīng),0H一增加使灰水呈堿性,PH值超過排放標(biāo)準(zhǔn),造成環(huán)境污染。為此,需對(duì)污水進(jìn)行自動(dòng)回酸治理,通過PH值在線實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。在某電廠工程中,采用自適應(yīng)前饋和自適應(yīng)反饋控制技術(shù)，由工業(yè)控制機(jī)、PIC控制器、先進(jìn)的檢測(cè)儀表和加酸計(jì)量泵構(gòu)成兩級(jí)控制系統(tǒng),將污水排放PH值平穩(wěn)地控制在8.2士0. 15范圍內(nèi)。2系統(tǒng)的控制難點(diǎn)2.1 PH值與酸、堿液流t之間具有嚴(yán)重的非線性特性,呈指數(shù)關(guān)系參見圖1,PH值在中和點(diǎn)附近有很高的變化靈敏度。這會(huì)給PH值的動(dòng)態(tài)控制帶來極大的不穩(wěn)定性,同時(shí)要求控制量有很大的動(dòng)態(tài)范圍。2.2系統(tǒng)有大的滯 后性為避免征地興建中和水池,要求在原有一段不長(zhǎng)的明渠內(nèi)直接完成加酸動(dòng)態(tài)中和。PH探收稿日期:2001-04- -20作者簡(jiǎn)介:彭炫(1940-).高級(jí)工程師.研究方向:自動(dòng)化系統(tǒng)及控制工程;段仁君(1968- ),碩士.高級(jí)工程師.研究方向:過程控制.中國(guó)煤化工YHCNMHG32計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2001年9月頭的檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在加酸點(diǎn)下游足夠遠(yuǎn)的地方,以保證P噸↑此處的灰水經(jīng)過了充分的中和,被檢測(cè)的PH值是真實(shí)的。此段距離長(zhǎng)達(dá)150米,因此灰水流動(dòng)的滯后時(shí)間0T,=涵洞長(zhǎng)度/灰水最小流速≈1.5分。另外,設(shè)量泵與加酸口之間的輸酸管道長(zhǎng)度約15米,且不能保證滿管輸送,因此,酸液流動(dòng)的滯后時(shí)間4-T2=輸酸管長(zhǎng)度/酸液最小流速≈15分。挖制對(duì)象的純滯后時(shí)間T+T:長(zhǎng)達(dá)16.5分鐘，對(duì)系統(tǒng)控制極為不利,它不僅使過渡特性變壞，也大大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,控制不當(dāng)將產(chǎn)生強(qiáng)烈振蕩.圖1強(qiáng)酸(Fr)強(qiáng)堿(Fs)的消定曲線2.3灰水流的變化很大灰水流量在20- 2000*/h 范圍內(nèi)波動(dòng)。造成這種波動(dòng)的因素是;發(fā)電量的需求變化、季節(jié)的雨水變化、煤灰綜合處理(制磚)的變化、附近農(nóng)田的考慮等。對(duì)于PH值控制系統(tǒng),灰水流量是一種負(fù)荷干擾,如此強(qiáng)烈的干擾變化，常規(guī)PID系統(tǒng)是無法適應(yīng)的.3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,獲得優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì),在系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想方面有如下三個(gè)層次的考慮:3.1 PH 值反饋控制以灰水出口PH值作為主要檢測(cè)變量,通過與目標(biāo)值的對(duì)比,獲得偏差量0PH,再按比例控制或比例-.積分控制算法計(jì)算控制量,調(diào)節(jié)計(jì)量泵的加酸量。3.2 灰水流的前饋控制灰水流量的變化范圍很大(1 : 100),對(duì)控制系統(tǒng)是一種強(qiáng)烈的擾動(dòng),且系統(tǒng)又存在大滯后。在這種擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí),將會(huì)使常規(guī)的反饋挖制系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈振蕩,破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為此，要對(duì)灰水流量進(jìn)行檢測(cè),并將其作為前饋控制的輸人。一旦擾動(dòng)發(fā)生,不必等到長(zhǎng)滯后的PH值發(fā)生變化后才施加控制作用,而是提前改變加酸量,以補(bǔ)償灰水流量擾動(dòng)對(duì)PH值的影響。其快速性是毋庸置疑的,因?yàn)榛宜髁壳梆伩刂频淖饔檬菦]有滯后性的。需要指出的是,前饋控制只對(duì)灰水流量有補(bǔ)償作用。我們不可能對(duì)全部擾動(dòng)量都設(shè)置前饋控制,對(duì)于未引人前饋控制器的其它擾動(dòng)量(例如:人口灰水PH值、硫酸濃度、灰水成份等)，系統(tǒng)沒有任何校正作用。因而,對(duì)這些擾動(dòng)的影響前饋控制是無效的。前饋控制原則是使:XzF.=X8Fg式中,X,Xp-分別為硫酸 和灰水的當(dāng)量濃度;FA.Fg- - 分別為酸和灰水的流量綜上所述,我們對(duì)主要擾動(dòng)-灰水流量設(shè)置前饋控制,再與PH值反饋控制相結(jié)合。二者取長(zhǎng)補(bǔ)短,前饋控制的特點(diǎn)是響應(yīng)及時(shí),反饋控制的特點(diǎn)是控制精確。3.3自適應(yīng)控制為了使控制性能最佳,控制系統(tǒng)必須與加酸中和的生產(chǎn)過程特性相匹配。生產(chǎn)過程的特性(可用數(shù)學(xué)模型表述)在灰水流量變化時(shí)是不同的,至少其滯后性不同,在灰水流量大時(shí),灰水中國(guó)煤化工MHCNMHG第20卷第3期彭炫等:電廠污水處理的自適應(yīng)控制.3和酸液的傳輸時(shí)間都將縮短,反之亦然。如果生產(chǎn)過程的特性發(fā)生變化時(shí)，-Uum]-Q-→8-MP告Eas"控制系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)不能與之相適應(yīng)@8-m的變化,控制系統(tǒng)的品質(zhì)將大大惡化，甚至不能穩(wěn)定運(yùn)行。為此,我們采取了dPH'/dr PH 設(shè)定調(diào)節(jié)器參數(shù)的自適應(yīng)控制。困2控制系統(tǒng)框困自適應(yīng)控制的內(nèi)容有:圖注:UFM-超聲流最i計(jì)rPHM-PH計(jì);MP-計(jì)量泵;G(S)①根據(jù)灰水流量的變化改變調(diào)節(jié)e-a- 灰水加酸中和過程對(duì)象的傳遞函敷，PH;-出口附值:FC-前器的設(shè)定參數(shù);饋控割器vFλ-碗酸流暨;BC-反饋控制器;Fu-灰水流量②根據(jù)PH值變化率改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定參數(shù);③根據(jù)調(diào)節(jié)器的運(yùn)行狀態(tài)改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定參數(shù)。4系統(tǒng)配置采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為人機(jī)界面,控制和監(jiān)視兩臺(tái)計(jì)量泵的運(yùn)行,并顯示灰水流量和PH值.采用可編程控制器(PL.C)在線采集灰水流量和PH值的模擬信號(hào),進(jìn)行出口PH值的自動(dòng)調(diào)節(jié),并將采集的數(shù)據(jù)由RS-- 232口傳輸給上位工控機(jī)。采用超聲波明渠流量計(jì)和巴氏槽測(cè)量灰水明渠的流量,并輸出4--20mA信號(hào)給PLC.其優(yōu)點(diǎn)是非接觸式測(cè)量,使用可靠性高。采用PH計(jì)測(cè)量出口PH值,并輸出4-20mA信號(hào)給PLC.若采用三點(diǎn)法校準(zhǔn),該儀表的測(cè)量精度能達(dá)到土1%。.采用電磁隔膜計(jì)量泵輸送酸液。該泵在4- 20mA 信號(hào)的控制下,可改變泵的往復(fù)頻率，脈沖調(diào)節(jié)泵的輸送流量。該泵有100:1以上的寬廣調(diào)節(jié)范圍,可對(duì)微小流量進(jìn)行精細(xì)控制。5軟件功能監(jiān)控軟件基于Windows98平臺(tái)開發(fā)，具有如下功能:(1)可通過菜單選擇手動(dòng)控制和自動(dòng)控制方式，以及運(yùn)行/備用制度;(2)通過工藝流程畫面,在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示PH值、灰水流量、酸液流量等監(jiān)控參數(shù)的數(shù)據(jù)及計(jì)量泵的運(yùn)行狀態(tài);(3)系統(tǒng)具有三級(jí)密碼操作授權(quán);(4)具有PH值、灰水流量、兩臺(tái)計(jì)量泵流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表格;(5)具有PH值、灰水流量、兩臺(tái)計(jì)量泵流量的歷史趨勢(shì)曲線;(6)日、月、年報(bào)表制表和打印功能;(7)報(bào)表采用數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，可用Excel方便讀取和查詢。(8)設(shè)備故障停止時(shí),有聲、光報(bào)警。6結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)PH值的調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良,控制精度優(yōu)于士2%,PH目標(biāo)值可在預(yù)定范圍內(nèi)任意設(shè)定。系統(tǒng)的硬件可靠,投資節(jié)省,有推廣價(jià)值.網(wǎng)RG欣斯糕，過程與廢水處理中的H和PION控制[M}_北京:機(jī)械工業(yè)出版杜.1986.121緒方勝意 現(xiàn)代控制工程[MT北京:科學(xué)出版社:1984中國(guó)煤化工MHCNMHG