电厂污水处理的自适应控制

第20卷第3期计算技术与自动化Vol. 20 No. 32001年9月COMPUTING TECHNOLOGY AND AUTOMATIONSept 2001文章编号:1003- 6920000 0031- 03电厂污水处理的自适应控制彭炫,段仁君,程邦宇(长钞矿山研究院,长沙410012)摘要:污水处理的PH值控刷经常面对大襻后系统.且系统的过稷特性蠃污水流量和原水oH值等因素而变化.难以控制。本文提出的自适应前镇和自适应反馕控制技术可将污水pH值平稳控制在设定值士0.15的范围内,采用普通PLC实现。关键词:污水处理:pH值控制;自适应控制中闺分类号:文献标识码: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引言在火力发电过程中,燃煤产生的烟尘经电除尘器捕集后,用压力水输送至灰场存放,灰场的沉淀污水(简称灰水)再通过明渠，縊流排放到河流中。由于粉煤灰中所含的碱性离子在灰水中发生水解反应,0H一增加使灰水呈碱性,PH值超过排放标准,造成环境污染。为此,需对污水进行自动回酸治理,通过PH值在线实时自动调节,实现达标排放。在某电厂工程中,采用自适应前馈和自适应反馈控制技术，由工业控制机、PIC控制器、先进的检测仪表和加酸计量泵构成两级控制系统,将污水排放PH值平稳地控制在8.2士0. 15范围内。2系统的控制难点2.1 PH值与酸、碱液流t之间具有严重的非线性特性,呈指数关系参见图1,PH值在中和点附近有很高的变化灵敏度。这会给PH值的动态控制带来极大的不稳定性,同时要求控制量有很大的动态范围。2.2系统有大的滞 后性为避免征地兴建中和水池,要求在原有一段不长的明渠内直接完成加酸动态中和。PH探收稿日期:2001-04- -20作者简介:彭炫(1940-).高级工程师.研究方向:自动化系统及控制工程;段仁君(1968- ),硕士.高级工程师.研究方向:过程控制.中国煤化工YHCNMHG32计算技术与自动化2001年9月头的检测点应设在加酸点下游足够远的地方,以保证P吨↑此处的灰水经过了充分的中和,被检测的PH值是真实的。此段距离长达150米,因此灰水流动的滞后时间0T,=涵洞长度/灰水最小流速≈1.5分。另外,设量泵与加酸口之间的输酸管道长度约15米,且不能保证满管输送,因此,酸液流动的滞后时间4-T2=输酸管长度/酸液最小流速≈15分。挖制对象的纯滞后时间T+T:长达16.5分钟，对系统控制极为不利,它不仅使过渡特性变坏，也大大降低了系统的稳定性,控制不当将产生强烈振荡.图1强酸(Fr)强碱(Fs)的消定曲线2.3灰水流的变化很大灰水流量在20- 2000*/h 范围内波动。造成这种波动的因素是;发电量的需求变化、季节的雨水变化、煤灰综合处理(制砖)的变化、附近农田的考虑等。对于PH值控制系统,灰水流量是一种负荷干扰,如此强烈的干扰变化，常规PID系统是无法适应的.3系统的设计思想为了保证控制系统的稳定性,获得优良的调节品质,在系统设计思想方面有如下三个层次的考虑:3.1 PH 值反馈控制以灰水出口PH值作为主要检测变量,通过与目标值的对比,获得偏差量0PH,再按比例控制或比例-.积分控制算法计算控制量,调节计量泵的加酸量。3.2 灰水流的前馈控制灰水流量的变化范围很大(1 : 100),对控制系统是一种强烈的扰动,且系统又存在大滞后。在这种扰动出现时,将会使常规的反馈挖制系统产生强烈振荡,破坏系统的正常运行。为此，要对灰水流量进行检测,并将其作为前馈控制的输人。一旦扰动发生,不必等到长滞后的PH值发生变化后才施加控制作用,而是提前改变加酸量,以补偿灰水流量扰动对PH值的影响。其快速性是毋庸置疑的,因为灰水流量前馈控制的作用是没有滞后性的。需要指出的是,前馈控制只对灰水流量有补偿作用。我们不可能对全部扰动量都设置前馈控制,对于未引人前馈控制器的其它扰动量(例如:人口灰水PH值、硫酸浓度、灰水成份等)，系统没有任何校正作用。因而,对这些扰动的影响前馈控制是无效的。前馈控制原则是使:XzF.=X8Fg式中,X,Xp-分别为硫酸 和灰水的当量浓度;FA.Fg- - 分别为酸和灰水的流量综上所述,我们对主要扰动-灰水流量设置前馈控制,再与PH值反馈控制相结合。二者取长补短,前馈控制的特点是响应及时,反馈控制的特点是控制精确。3.3自适应控制为了使控制性能最佳,控制系统必须与加酸中和的生产过程特性相匹配。生产过程的特性(可用数学模型表述)在灰水流量变化时是不同的,至少其滞后性不同,在灰水流量大时,灰水中国煤化工MHCNMHG第20卷第3期彭炫等:电厂污水处理的自适应控制.3和酸液的传输时间都将缩短,反之亦然。如果生产过程的特性发生变化时，-Uum]-Q-→8-MP告Eas"控制系统的设定参数不能与之相适应@8-m的变化,控制系统的品质将大大恶化，甚至不能稳定运行。为此,我们采取了dPH'/dr PH 设定调节器参数的自适应控制。困2控制系统框困自适应控制的内容有:图注:UFM-超声流最i计rPHM-PH计;MP-计量泵;G(S)①根据灰水流量的变化改变调节e-a- 灰水加酸中和过程对象的传递函敷，PH;-出口附值:FC-前器的设定参数;馈控割器vFλ-碗酸流暨;BC-反馈控制器;Fu-灰水流量②根据PH值变化率改变调节器的设定参数;③根据调节器的运行状态改变调节器的设定参数。4系统配置采用工业控制计算机作为人机界面,控制和监视两台计量泵的运行,并显示灰水流量和PH值.采用可编程控制器(PL.C)在线采集灰水流量和PH值的模拟信号,进行出口PH值的自动调节,并将采集的数据由RS-- 232口传输给上位工控机。采用超声波明渠流量计和巴氏槽测量灰水明渠的流量,并输出4--20mA信号给PLC.其优点是非接触式测量,使用可靠性高。采用PH计测量出口PH值,并输出4-20mA信号给PLC.若采用三点法校准,该仪表的测量精度能达到土1%。.采用电磁隔膜计量泵输送酸液。该泵在4- 20mA 信号的控制下,可改变泵的往复频率，脉冲调节泵的输送流量。该泵有100:1以上的宽广调节范围,可对微小流量进行精细控制。5软件功能监控软件基于Windows98平台开发，具有如下功能:(1)可通过菜单选择手动控制和自动控制方式，以及运行/备用制度;(2)通过工艺流程画面,在屏幕上动态显示PH值、灰水流量、酸液流量等监控参数的数据及计量泵的运行状态;(3)系统具有三级密码操作授权;(4)具有PH值、灰水流量、两台计量泵流量的实时数据表格;(5)具有PH值、灰水流量、两台计量泵流量的历史趋势曲线;(6)日、月、年报表制表和打印功能;(7)报表采用数据库结构，可用Excel方便读取和查询。(8)设备故障停止时,有声、光报警。6结束语本系统PH值的调节品质优良,控制精度优于士2%,PH目标值可在预定范围内任意设定。系统的硬件可靠,投资节省,有推广价值.网RG欣斯糕，过程与废水处理中的H和PION控制[M}_北京:机械工业出版杜.1986.121绪方胜意 现代控制工程[MT北京:科学出版社:1984中国煤化工MHCNMHG