電廠(chǎng)污水處理的自適應控制

第20卷第3期計算技術(shù)與自動(dòng)化Vol. 20 No. 32001年9月COMPUTING TECHNOLOGY AND AUTOMATIONSept 2001文章編號:1003- 6920000 0031- 03電廠(chǎng)污水處理的自適應控制彭炫,段仁君,程邦宇(長(cháng)鈔礦山研究院,長(cháng)沙410012)摘要:污水處理的PH值控刷經(jīng)常面對大襻后系統.且系統的過(guò)稷特性蠃污水流量和原水oH值等因素而變化.難以控制。本文提出的自適應前鎮和自適應反馕控制技術(shù)可將污水pH值平穩控制在設定值士0.15的范圍內,采用普通PLC實(shí)現。關(guān)鍵詞:污水處理:pH值控制;自適應控制中閨分類(lèi)號:文獻標識碼: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(guò)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(chēng)灰水)再通過(guò)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,0H一增加使灰水呈堿性,PH值超過(guò)排放標準,造成環(huán)境污染。為此,需對污水進(jìn)行自動(dòng)回酸治理,通過(guò)PH值在線(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)調節,實(shí)現達標排放。在某電廠(chǎng)工程中,采用自適應前饋和自適應反饋控制技術(shù)，由工業(yè)控制機、PIC控制器、先進(jìn)的檢測儀表和加酸計量泵構成兩級控制系統,將污水排放PH值平穩地控制在8.2士0. 15范圍內。2系統的控制難點(diǎn)2.1 PH值與酸、堿液流t之間具有嚴重的非線(xiàn)性特性,呈指數關(guān)系參見(jiàn)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(lái)極大的不穩定性,同時(shí)要求控制量有很大的動(dòng)態(tài)范圍。2.2系統有大的滯 后性為避免征地興建中和水池,要求在原有一段不長(cháng)的明渠內直接完成加酸動(dòng)態(tài)中和。PH探收稿日期:2001-04- -20作者簡(jiǎn)介:彭炫(1940-).高級工程師.研究方向:自動(dòng)化系統及控制工程;段仁君(1968- ),碩士.高級工程師.研究方向:過(guò)程控制.中國煤化工YHCNMHG32計算技術(shù)與自動(dòng)化2001年9月頭的檢測點(diǎn)應設在加酸點(diǎn)下游足夠遠的地方,以保證P噸↑此處的灰水經(jīng)過(guò)了充分的中和,被檢測的PH值是真實(shí)的。此段距離長(cháng)達150米,因此灰水流動(dòng)的滯后時(shí)間0T,=涵洞長(cháng)度/灰水最小流速≈1.5分。另外,設量泵與加酸口之間的輸酸管道長(cháng)度約15米,且不能保證滿(mǎn)管輸送,因此,酸液流動(dòng)的滯后時(shí)間4-T2=輸酸管長(cháng)度/酸液最小流速≈15分。挖制對象的純滯后時(shí)間T+T:長(cháng)達16.5分鐘，對系統控制極為不利,它不僅使過(guò)渡特性變壞，也大大降低了系統的穩定性,控制不當將產(chǎn)生強烈振蕩.圖1強酸(Fr)強堿(Fs)的消定曲線(xiàn)2.3灰水流的變化很大灰水流量在20- 2000*/h 范圍內波動(dòng)。造成這種波動(dòng)的因素是;發(fā)電量的需求變化、季節的雨水變化、煤灰綜合處理(制磚)的變化、附近農田的考慮等。對于PH值控制系統,灰水流量是一種負荷干擾,如此強烈的干擾變化，常規PID系統是無(wú)法適應的.3系統的設計思想為了保證控制系統的穩定性,獲得優(yōu)良的調節品質(zhì),在系統設計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值作為主要檢測變量,通過(guò)與目標值的對比,獲得偏差量0PH,再按比例控制或比例-.積分控制算法計算控制量,調節計量泵的加酸量。3.2 灰水流的前饋控制灰水流量的變化范圍很大(1 : 100),對控制系統是一種強烈的擾動(dòng),且系統又存在大滯后。在這種擾動(dòng)出現時(shí),將會(huì )使常規的反饋挖制系統產(chǎn)生強烈振蕩,破壞系統的正常運行。為此，要對灰水流量進(jìn)行檢測,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(cháng)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,以補償灰水流量擾動(dòng)對PH值的影響。其快速性是毋庸置疑的,因為灰水流量前饋控制的作用是沒(méi)有滯后性的。需要指出的是,前饋控制只對灰水流量有補償作用。我們不可能對全部擾動(dòng)量都設置前饋控制,對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)，系統沒(méi)有任何校正作用。因而,對這些擾動(dòng)的影響前饋控制是無(wú)效的。前饋控制原則是使:XzF.=X8Fg式中,X,Xp-分別為硫酸 和灰水的當量濃度;FA.Fg- - 分別為酸和灰水的流量綜上所述,我們對主要擾動(dòng)-灰水流量設置前饋控制,再與PH值反饋控制相結合。二者取長(cháng)補短,前饋控制的特點(diǎn)是響應及時(shí),反饋控制的特點(diǎn)是控制精確。3.3自適應控制為了使控制性能最佳,控制系統必須與加酸中和的生產(chǎn)過(guò)程特性相匹配。生產(chǎn)過(guò)程的特性(可用數學(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),灰水中國煤化工MHCNMHG第20卷第3期彭炫等:電廠(chǎng)污水處理的自適應控制.3和酸液的傳輸時(shí)間都將縮短,反之亦然。如果生產(chǎn)過(guò)程的特性發(fā)生變化時(shí)，-Uum]-Q-→8-MP告Eas"控制系統的設定參數不能與之相適應@8-m的變化,控制系統的品質(zhì)將大大惡化，甚至不能穩定運行。為此,我們采取了dPH'/dr PH 設定調節器參數的自適應控制。困2控制系統框困自適應控制的內容有:圖注:UFM-超聲流最i計rPHM-PH計;MP-計量泵;G(S)①根據灰水流量的變化改變調節e-a- 灰水加酸中和過(guò)程對象的傳遞函敷，PH;-出口附值:FC-前器的設定參數;饋控割器vFλ-碗酸流暨;BC-反饋控制器;Fu-灰水流量②根據PH值變化率改變調節器的設定參數;③根據調節器的運行狀態(tài)改變調節器的設定參數。4系統配置采用工業(yè)控制計算機作為人機界面,控制和監視兩臺計量泵的運行,并顯示灰水流量和PH值.采用可編程控制器(PL.C)在線(xiàn)采集灰水流量和PH值的模擬信號,進(jìn)行出口PH值的自動(dòng)調節,并將采集的數據由RS-- 232口傳輸給上位工控機。采用超聲波明渠流量計和巴氏槽測量灰水明渠的流量,并輸出4--20mA信號給PLC.其優(yōu)點(diǎn)是非接觸式測量,使用可靠性高。采用PH計測量出口PH值,并輸出4-20mA信號給PLC.若采用三點(diǎn)法校準,該儀表的測量精度能達到土1%。.采用電磁隔膜計量泵輸送酸液。該泵在4- 20mA 信號的控制下,可改變泵的往復頻率，脈沖調節泵的輸送流量。該泵有100:1以上的寬廣調節范圍,可對微小流量進(jìn)行精細控制。5軟件功能監控軟件基于Windows98平臺開(kāi)發(fā)，具有如下功能:(1)可通過(guò)菜單選擇手動(dòng)控制和自動(dòng)控制方式，以及運行/備用制度;(2)通過(guò)工藝流程畫(huà)面,在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示PH值、灰水流量、酸液流量等監控參數的數據及計量泵的運行狀態(tài);(3)系統具有三級密碼操作授權;(4)具有PH值、灰水流量、兩臺計量泵流量的實(shí)時(shí)數據表格;(5)具有PH值、灰水流量、兩臺計量泵流量的歷史趨勢曲線(xiàn);(6)日、月、年報表制表和打印功能;(7)報表采用數據庫結構，可用Excel方便讀取和查詢(xún)。(8)設備故障停止時(shí),有聲、光報警。6結束語(yǔ)本系統PH值的調節品質(zhì)優(yōu)良,控制精度優(yōu)于士2%,PH目標值可在預定范圍內任意設定。系統的硬件可靠,投資節省,有推廣價(jià)值.網(wǎng)RG欣斯糕，過(guò)程與廢水處理中的H和PION控制[M}_北京:機械工業(yè)出版杜.1986.121緒方勝意 現代控制工程[MT北京:科學(xué)出版社:1984中國煤化工MHCNMHG