第20卷第3期計算技術與自動化Vol. 20 No. 32001年9月COMPUTING TECHNOLOGY AND AUTOMATIONSept 2001文章編號:1003- 6920000 0031- 03電廠污水處理的自適應控制彭炫,段仁君,程邦宇(長鈔礦山研究院,長沙410012)摘要:污水處理的PH值控刷經(jīng)常面對大襻后系統(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。本文提出的自適應前鎮(zhèn)和自適應反馕控制技術可將污水pH值平穩(wěn)控制在設定值士0.15的范圍內,采用普通PLC實現(xiàn)。關鍵詞:污水處理:pH值控制;自適應控制中閨分類號: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存放,灰場的沉淀污水(簡稱灰水)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,0H一增加使灰水呈堿性,PH值超過排放標準,造成環(huán)境污染。為此,需對污水進行自動回酸治理,通過PH值在線實時自動調節(jié),實現(xiàn)達標排放。在某電廠工程中,采用自適應前饋和自適應反饋控制技術，由工業(yè)控制機、PIC控制器、先進的檢測儀表和加酸計量泵構成兩級控制系統(tǒng),將污水排放PH值平穩(wěn)地控制在8.2士0. 15范圍內。2系統(tǒng)的控制難點2.1 PH值與酸、堿液流t之間具有嚴重的非線性特性,呈指數(shù)關系參見圖1,PH值在中和點附近有很高的變化靈敏度。這會給PH值的動態(tài)控制帶來極大的不穩(wěn)定性,同時要求控制量有很大的動態(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的明渠內直接完成加酸動態(tài)中和。PH探收稿日期:2001-04- -20作者簡介:彭炫(1940-).高級工程師.研究方向:自動化系統(tǒng)及控制工程;段仁君(1968- ),碩士.高級工程師.研究方向:過程控制.中國煤化工YHCNMHG32計算技術與自動化2001年9月頭的檢測點應設在加酸點下游足夠遠的地方,以保證P噸↑此處的灰水經(jīng)過了充分的中和,被檢測的PH值是真實的。此段距離長達150米,因此灰水流動的滯后時間0T,=涵洞長度/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度約15米,且不能保證滿管輸送,因此,酸液流動的滯后時間4-T2=輸酸管長度/酸液最小流速≈15分。挖制對象的純滯后時間T+T:長達16.5分鐘，對系統(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,控制不當將產(chǎn)生強烈振蕩.圖1強酸(Fr)強堿(Fs)的消定曲線2.3灰水流的變化很大灰水流量在20- 2000*/h 范圍內波動。造成這種波動的因素是;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。對于PH值控制系統(tǒng),灰水流量是一種負荷干擾,如此強烈的干擾變化，常規(guī)PID系統(tǒng)是無法適應的.3系統(tǒng)的設計思想為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,獲得優(yōu)良的調節(jié)品質,在系統(tǒng)設計思想方面有如下三個層次的考慮: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(jié)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(tǒng)是一種強烈的擾動,且系統(tǒng)又存在大滯后。在這種擾動出現(xiàn)時,將會使常規(guī)的反饋挖制系統(tǒng)產(chǎn)生強烈振蕩,破壞系統(tǒng)的正常運行。為此，要對灰水流量進行檢測,并將其作為前饋控制的輸人。一旦擾動發(fā)生,不必等到長滯后的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量都設置前饋控制,對于未引人前饋控制器的其它擾動量(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,對這些擾動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-灰水流量設置前饋控制,再與PH值反饋控制相結合。二者取長補短,前饋控制的特點是響應及時,反饋控制的特點是控制精確。3.3自適應控制為了使控制性能最佳,控制系統(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)學模型表述)在灰水流量變化時是不同的,至少其滯后性不同,在灰水流量大時,灰水中國煤化工MHCNMHG第20卷第3期彭炫等:電廠污水處理的自適應控制.3和酸液的傳輸時間都將縮短,反之亦然。如果生產(chǎn)過程的特性發(fā)生變化時，-Uum]-Q-→8-MP告Eas"控制系統(tǒng)的設定參數(shù)不能與之相適應@8-m的變化,控制系統(tǒng)的品質將大大惡化，甚至不能穩(wěn)定運行。為此,我們采取了dPH'/dr PH 設定調節(jié)器參數(shù)的自適應控制。困2控制系統(tǒng)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(jù)灰水流量的變化改變調節(jié)e-a- 灰水加酸中和過程對象的傳遞函敷，PH;-出口附值:FC-前器的設定參數(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值變化率改變調節(jié)器的設定參數(shù);③根據(jù)調節(jié)器的運行狀態(tài)改變調節(jié)器的設定參數(shù)。4系統(tǒng)配置采用工業(yè)控制計算機作為人機界面,控制和監(jiān)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)在線采集灰水流量和PH值的模擬信號,進行出口PH值的自動調節(jié),并將采集的數(shù)據(jù)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(jié)泵的輸送流量。該泵有100:1以上的寬廣調節(jié)范圍,可對微小流量進行精細控制。5軟件功能監(jiān)控軟件基于Windows98平臺開發(fā)，具有如下功能:(1)可通過菜單選擇手動控制和自動控制方式，以及運行/備用制度;(2)通過工藝流程畫面,在屏幕上動態(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)及計量泵的運行狀態(tài);(3)系統(tǒng)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時數(shù)據(jù)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;(6)日、月、年報表制表和打印功能;(7)報表采用數(shù)據(jù)庫結構，可用Excel方便讀取和查詢。(8)設備故障停止時,有聲、光報警。6結束語本系統(tǒng)PH值的調節(jié)品質優(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(tǒng)的硬件可靠,投資節(jié)省,有推廣價值.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:科學出版社:1984中國煤化工MHCNMHG