论污水厂自控系统设计方案

数控技术效字技术应用论污水厂自控系统设计方案周关军胡颖(天津市中环系统工程有限责任公司天津30060)摘要:系统采用现代先进控制思想的分布式计算杋控制系统即集散型计算杋控制系統,实现¨集中管理,分散控制"的设计原则由可編程序控制嚣(PLC及自动化仪表组成的检測控制系统及现场分控站,对污水处理厂各过程进行分散控制;再由通讯系统、欻据服务器、监控计算机组成的中央控制系统及中央控制室对全厂实行集中管理。各分控站与中央控制室之间由工业以太网进行数据通信。网络系统采用冗余的环形光纤网络,100Mbps传輸速率,全双工通信键词:水厂自控设计中图分类号:X703.3文献标识码:A文章编号:1007-9416(2015)03-0008-01系统概述:在本次系统设计中,本着系统“够用、好用、实用”的原则,整个设计紧密围绕技术先进、结构合理为核心,做到技术、设场设备层金字塔结构,实现系统“集中管理、分散控制"的设计理念。备先进且经济实用的原则,同时系统选型和配置具有相应的开放第一层:信息管理层,由操作员站、投影仪、工业以太网交换机性、可靠性、易用性。和打印机等组成的控制设备构成。整个系统保持了一定的先进性,采用的设备和技术是当前世界第二层:控制层,由分散在各主要构筑物内的现场PLC监控站能适应将来的科技发展,并且具有广泛的和工业以太网交换机组成。采用基于IEEE802.3标准的全双工行业成功应用经验,对系统的运行的下列各项指标均可很好地满100Mbps快速光纤以太网。传输介质采用光纤。第三层:现场设备层,由现场PLC低压电气柜上智能单元、专所提供的包括系统硬件和系统软件在内的所有产品,在当前均用工艺设备附带的智能控制器、受控设备及检测仪表等组成性,当更新的更先进的产品出现时,可完全和目前的产品保持蒹2控制方式主要电控设备的控制采用现场手动控制、就地检修控制、遥控总体设计思路:系统设计及产品选型保证了监控系统具备良好控制、自动控制控制模式,控制级别由高到低为:现场手动控制、就的扩展能力,以适应今后系统的扩建或改造,并满足监控要求。由于地检修控制、遥控控制、自动控制采用标准化的主流产品最大限度地降低了在系统扩展时对现行的(1)现场手动模式:设备的现场控制箱或MCC控制柜上的“就设备及软件重新设置,而且对系统的扩展或修改不会降低系统的可地/远程”开关选择“就地”方式时,通过现场控制箱或MCC控制柜靠性、可用性及安全性上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。计算机管理系统就是要实现信息及资源的共享,完成不同厂商(2)就地检修维护模式:现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/间硬件和软件的互连。在一个复杂的网络系统里,必然有多个厂商远程”开关选择“远程”方式时,设备控制权在 LCS(Local control的硬件及软件,为了确保网络系统具有互操作性,应建立一个开放 station)控制站。操作人员通过LCS控制站的操作面板上选择“手动式的、遵循工业标准的网络系统。在本讠对每个产品都进行严方式,利用监控画面或键盘对设备进行检修操作格选型,提供能够保护用户投资的、性能价格比较好的配置方案,为3)遥控模式:即远程手动控制方式。现场控制箱或MCC控制将来的扩展消除任何不必要的技术柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式,且LCS控制站的操作面由于软件系统平台是基于内部工业局域网络环境,因此在规划软板上选择“遥控”方式时,操作人员通过中控系统操作站的监控画面件系统平台时,充分考虑利用高速可靠网络的特点,发挥它的整体优势。用鼠标器或键盘选择“遥控”对设备进行启/停、开/关操作1控制层次(4)自动模式:现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式,且LCS控制站的“自动/遥控”设定为“自动”方式时,设备的运行完全由各LCS根据污水处理厂的工况及生产要求污水}自动控制系统工艺流程图来完成对设备的运行或开/关控制,而不需要人工干预手动方式是操作人员的专有权利,因为过程连锁在此模式下无效;而自动模式下,安全连锁是有效的,并限制操作的可能性,可防止非正常状态下运行。离工艺过程越近的控制层具有更高的优先权3控制原则(1)下级优先。当控制场所“就地/远程”开关选择“就地”方式时,LCS控制站及中心调度计算机系统只对现场设备的运行工况进行监视,无权进行控制。当选择“远程”控制时,允许LCS控制站及计算机系统对现场设备进行控制当被控设备退回“就地”控制时,在LCS控制站及计算机側操作控制该设备,系统弹出报警窗口,提示“禁止操作!设备在现场操作手动干预是操作人员的专有权利;而自动模式下,安全连锁是图1下转第10页收稿日期:2015-03-26作者筒介:周关军(197θ—)男,汉族,河南人,毕业于中国工业工程学院,现就职于天津市中环系统工程有限责任公司项目一部,大学专科,助理工程师研究方向:水厂自动化控制;胡颍(1988—女,汉族,天津人,毕业于吉林建筑工程学院,现就职于天津市中环系统工程有限责任公司项目一部大学本科,助理工程师研究方向水厂自动化控制。8数控技术效字技术应用u(k)=u(k-1)+k>w(k),(ki个符号出现在基因座上的概率,M为抗体长度。按A(N=+mN得到抗体群的亲和度,如其值小于阈值A0(A0值随群体规模增加而减少,本文取0.2),说明多样性符合要求,则计数器加1,判断是否达到截至代数,如是,输出最高亲和度的个体,否则,转入(3);如其值(k+1)=a()+功:(1-6)大于A0,说明多样性不符合要求,则程序向下执行。(k+1)=o2(k)+n2(7)随机产生P个新抗体,使抗体总数为N+P(+1)=2(k)+”a其中=K(k+Dgm2(k+Dau(k))(e(k)+Ae(k)), sgn(r)+.x>0c1=(抗体和度大于的抗体数)N12,其中A订=1/1+H(2)131,x<0为抗体间相似度,Ai为相似度常数,本文取0.8。综合评价抗体的适2基于免疫遗传算法改进神经元PID控制应度与抗体浓度,得到抗体的聚合适应度公式免疫遗传算法首先接收一个抗原(对应特定问题),然后随机产ness= fitness*exp(k*C)(14聚合适应度fes实质是对抗体适生一组初始抗体对应初始候选解)接着计算每一抗体的适应度,对应度血me进行修正对于最大优化间题,式(14)中k为负数,本文抗体进行交叉和变异。再通过基于浓度的群体更新策略生成下一代抗体群,直至满足终止条件,算法结束9)判断是否达到截至代数或抗体平均浓度稳定,如不是,则讠(1)读入初始化文件。根据给定问题(视为抗原进行具体分析免疫遗传算法忧化输出聚合适应度最高的最优抗体,并译码从中提取最基本的特征信息,根据这种信息而得出的一类解即为抗3仿真图形(2)产生初始群体(抗体)并编码。如果是记忆中的抗丿经过免疫遗传算法的一系列的操作全局寻优过程,得到最优的记忆细胞中提取出相应的抗体组成GA的初始群体;否则,随机产统可能出现的四种参数变化情况,应用本文设计的控制器对其进行组成基因码中,每个参数的范围均在0-3之间;设置种群规模仿真,你直结果如31所示N=30,进化代数G=100本文设计的基于免疫算法优化的神经元自适应PID控制器在针(3)计算目标函数值(个体适应值)按编码规则来计算群体中每各项性能指标,而且通过免疫算法的寻优节省了大量的人工和时间个体的适应值。为获取满意的过渡动态特性,采用误差绝对值时间积分性能指标作为参数选择的最小目标函数;同时,为了防止控反复试验设计。制能量过大,在目标函数中加入控制输入的平方项4结语选取的最优指标为免疫算法和神经元自适应PID控制进行了结合,设计了基于免(wle(t)(2-1)疫算法优化的控制器。仿真结果表明,采用免疫算法优化设计的神式中,e()为系统误差,t()为控制器输出,t为上升时间v经元自适应PID控制器在汽轮机转速控制系统中取得了良好的控制w,为权值。为了避免超调,可釆用惩罚功能,即一旦产生超调,将超效果,同时也表明了采用免疫算法对于找出符合性能要求的加权函调量作为最优指标的一项,此时最优指标为:数是有效合理的。ife(0)<0(2-2)参考文献J=[(w()+n2(0)+ke()+w2·1na23)[1]肖增弘,徐丰汽轮机数字式电液调节系统M北京:中国电力出版社,2003式中,4为权值,且v4>w(4)演变记忆细胞。若是新抗原,则用当前群体中适应度值高的[2]李浩,孙海蓉.300M机组数字电液控制系统DEH仿真机研发个体代替记忆细胞中适应度值低的个体;否则,将当前群体中适应[3]邢宏汽轮机数字电液控制系统故障分析与处理[.电源技术应用,2013,(8):342(5产生新抗体。按交叉概率p变异概率pm进行与标准遗传算[4]宫赤坤,华泽钊RBF网络在线辨识的神经元控制[J]自动化仪表,法相同的交叉和变异操作2002,23(11):17-20(6)信息熵及相似度计算。按H(M)=M∑得抗体群的平均信息[5李绍铭,刘寅虎基于改进型RBF神经网络辨识的PD控制J]自熵,其中〃(N)=;P为第N个抗体基因座的信息熵,为第动化与仪表,2006,21(5):40-43上接第8页提示处理方式。但不进行复杂的判断和自动故障处理。系统停留在发有效的,并限制操作的可能性,可防止非正常状态下运行离工艺过生报警时刻的状态由运行人员决定是否将现场设备退回现场操作程越近的控制层具有更高的优先权(4)全自动运行时现场设备故障情况的处理。当现场设备发生(2)设备的分组控制。设备的分组控制,是指在工艺上具有逻辑故障,影响工艺正常运行或有可能造成事故时,计算机弹出该设备关联的几台设备之中,只要有一台设备故障或退到“就地”控制,这的报警信息,并记录到数据库。同时现场控制站启动事故处理程序,几台设备便要全部退出系统。这时,将这些设备的控制分在一组进使工艺设备置于安全状态并自动启动备用设备行监控(5)水泵、阀门的“一步化”。各类泵,凡涉及到与其联动控制的(3)现场设备故障情况的处理。当现场单体仪表被控设备发生设备(一般指泵的进/出口阀门),需要按一定顺序启/停的场合,称故障,且不会影响工艺正常运行和造成事故时,计算机系统报警,并作”一步化”控制。该“一步化”的顺序控制过程由PLC控制系统完成上接第7页泵相关机械或电气方面的故障将不会影响整个高压水系统的正常滑泵一用两备,两条线材同时生产时,采用两用一备对于电控系统运行的改造涉及增加备用泵选择(任何一台润滑泵备用),备用泵模式选改造主要针对程序、画面及参数等方面的改动,而牵扯到择(用两备或两用一备)等转换开关,通过原设计中已有的润滑压成本的硬件改动并不大。成本低廉,效果显著便是这套系统改造的力表反馈来决定备用泵的投入与否,当润滑压力小于0.2Ma持续1特点,也是我们工程技术人员的改造的初衷目标。后经证实,以上改秒以上时,便自动启动备用泵这样,由于备用泵可随时启动,润滑造对设备故障率的减少、生产的稳定起到了关键性的作用。10