探讨工业循环水加药控制系统的应用

探讨工业循环水加药控制系统的应用摘要：工业循环水在工业生产中起着非常重要的作用，对延长设备使用寿命、降低生产成本起着不可代替的作用。因此，工业循环水的处理应引起相关部门的足够重视。我国工业循环水处理技术起步较晚，落后于西方发达国家，我国科研机构等部门，通过努力开发了使用我国特点的工业循环水加药系统。本文对我国加药自动控制系统存在的问题和控制方法进行了探讨。关键词：循环水加药控制中图分类号：TL503.6文献标识码：A文章编号：1加药控制系统对象描述给水自动加药系统核心就是实时自动控制加药泵的流量，进而达到控制给水指标的目的。基本控制流程为:测量装置信号转换装置执行机构。具体的来讲，测量装置即信号源包括取样系统中给水的pH表，其作用是获取给水的pH测量值；信号转换装置包括变频控制器和频率转换器，其作用是把测量信号与设定值比较转换成符合控制要求的控制信号后输出一定的频率；执行机构即加氨泵，其作用是按控制要求对系统进行添加氨水。给水自动加药控制系统的等效框图如图1所示。图1给水自动加药系统原理等效框图以给水加氨为例，闭环系统的具体控制方式为：给水加氨系统是以省煤器入口水样检测到的pH值，作为系统的采样值送入控制器，与设定的pH值进行比较，得出差值e和变化量ec，经算法程序运算后送出控制信号，驱动加氨泵的输出，系统会根据测量值和反馈的信号值智能调节加药计量泵电机的转速，进而达到自动加药的目的。控制思想为：在加药泵的行程一定时，给水中的氨含量高（PH测量值高）时降低加药泵的转速以减小加药量；给水中的氨含量低（PH测量值低）时增加加药泵的转速以此增加药量。2工业循环水加药控制的技术方法2.1模糊控制理论2.1.1模糊控制的工作原理模糊控制是以模糊集合论作为数学基础的控制方式，主要应用于被控对象复杂、可变难以建立数学模型或具有极强的非线性系统中，与传统控制器依赖于系统行为参数的控制设计方法不同的是模糊控制器依赖于操作者的经验。在传统控制器中，参数或控制输出的调整是根据数学模型所描述的被控过程的状态分析得来的，而模糊控制器的参数和控制输出的调整是从过程函数的逻辑模型产生的，通常是通过优化模糊控制规则来改善模糊控制性能。模糊控制的基本思想，是把对特定的被控对象或过程的控制策略总结成一系列以if(条件)和then(作用)的形式表示的控制规则，通过模糊推理得到控制作用集，作用于被控对象或过程。控制作用集均为一组被量化了的模糊语言集，如“正大”、“负大”、“低”、“高”、“正常”等。理论上，模糊控制器由N维关系R表示，关系R为受约于0，1区间的n个变量的函数。R是n个N维关系R1的组合，每个R1代表一条规则，即R1:if-then。控制器的输入X被模糊化为一关系x，模糊输出Y可应用合成推理规则进行计算，对模糊输出Y进行模糊判决(解模糊)得到精确的数值输出y，对控制对象进行控制。模糊控制的基本原理如图2所示，其核心部分模糊控制器主要由模糊化、模糊推理、反模糊化、知识库组成。图2模糊控制原理图2.1.2模糊控制的特点模糊控制技术的核心即是模糊控制器的设计。模糊控制器结的设计实际上是模糊控制器输入语言变量和输出语言变量的选取和模糊控制器的不同组合与扩展。模糊控制系统具有以下几方面特点：模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，不依赖于系统的精确数学模型，提高了系统的适应能力，具有一定的智能水平。模糊控制中的知识表、模糊规则及模糊推理，都是基于操作者的成熟经验以及专家知识综合决定的。所以模糊控制方法具有一定的智能性与自学习性。模糊控制系统具有鲁棒性强的特点，适合于非线性、时变及滞后的控制系统。2.1.3建立模糊控制器的控制规则模糊控制规则应该是人们在手动控制中长期积累的实践经验，通过经验归纳法和推理合成法建立的，再经不断修正完善的一套行之有效的控制策略。它利用模糊集合理论将手动控制策略上升为具体的数值运算，根据模糊推理的结果做出相应的控制动作，使执行机构控制被控对象的运行。2.2传统PID控制在当今工业生产的控制方案中，有很大一部分是采用PID或改进的PID控制。目前，许多这类控制器通过采用微处理器，都转变成了数字型PID控制器。PID控制器的价值在于它们对大多数控制系统的广泛适用性。众所周知，在过程控制系统领域，基本的和变形的PID控制器已经被证明具有良好的适用性，它们可以提供满意的控制。然而，PID控制器不能对一些比较复杂的对象模型进行严格准确的控制。例如在被控对象特性随时间有变化或变化较大时，用PID控制很难得到满意的控制。从而导致控制系统性能会很差。2.3自适应模糊PID控制方法自适应模糊PID控制方法是将模糊控制与PID控制两者相结合，结合了两者优点，弥补了各自不足，提高了控制精度，目的就是根据实际工况实时调整式中的比例、积分、微分系数，以达到控制作用在任何时候均为最优。自适应调整过程是模仿人的思维通过推理实现的，由于人固有的特性，这一过程又一定是模糊的，如“如果当前偏差己很大而偏差变化的速度仍很慢，则加大调节作用，以提高系统响应速度”，“如果当前偏差已很小而偏差变化的速度仍很大，则减小调节作用，以便减小系统超调”等。自适应模糊PID控制器的结构图如图3所示。控制器参数(比例系数、积分系数和微分系数)的初值，由用户根据经验输入，这样以使用户仍可对控制参数进行宏观的调节。并在很大程度上弥补了模糊推理中对变量进行模糊化所造成的误差，提高了控制器主动适应系统或环境的能力。控制器参数的每一次调节都是在具体情况下的实时修正，因而可达到调节作用的时间最优。图3自适应模糊PID控制器结构3加药控制系统的改进3.1采用自动加药系统，在线控制水质自动加药系统。根据TRASAR3000的在线监控，可以使循环水中正磷浓度维持在正常的范围之内，不但可以长期维持循环水中药剂的浓度，而且还可以将药剂的投加量控制在较低的范围内，节约大量药剂和人力，水质也得到充分保证。3.2采用加氯系统，控制循环水的细菌总数。采用美国WT2010型加氯系统，根据余氯化验数据及在线氧化还原电位ORP数值，及时调整加入氯气量，保证细菌总数在控制范围内。3.3采用自动加酸系统，降低碱度。该工艺主要是对补入循环冷却水系统的高碱度水质不进行降碱处理，直接加入到循环水中，再将一定量的无机酸加入循环水中，使循环水的pH值严格控制在7.58.0之间，用缓蚀效果好的水处理剂进行处理，从而达到提高循环水浓缩倍数的目的。碱度是循环水系统中OH-、HCO3-、CO32-等离子含量的总和。大庆的水质碱度很高，通过加入酸，中和冷却水系统碱度，降低“Ca2+碱度”值，从而起到提高浓缩倍数、减小碳酸盐垢沉积的目的。由于加盐酸会带入Cl-离子，增加水的腐蚀性，加硝酸则会带入硝酸根，有利硝化细菌的繁殖。我们选择加浓硫酸，上一套自动加酸系统。但此法也有两方面的负作用：一是加入口附近局部酸度较高，对金属和水泥壁腐蚀性大，要求缓蚀阻垢剂有良好的缓蚀效果；二是浓硫酸的加入，向循环水系统中带入大量的SO42-，随着浓缩倍数的上升，钙离子浓度上升，必然会带来另一种更难去除的垢-硫酸钙垢的形成，而一般常用的阻垢剂对硫酸钙的阻垢能力都不太理想。但加酸操作不但可以减少垢的沉积，还对提高浓缩倍数极为有利。同时只要操作得当，对腐蚀的影响极小。4结语水循环处理系统对于工业生产的重要性是不可忽略的，通过对本文的研究学习，得出自适应模糊PID控制系统具有优越性，但考虑企业技术改造的成本和主管部门的重视程度，未能真正付诸实践，这也是作者的一点遗憾。今后若有机会将其投入实际，可以更详细地研究其调节特性及规律，进而使加药控制系统更加稳定可