净水厂自动加氯系统控制方法的讨论

1、净水厂自动加氯系统控制方法的讨论!£!、净水厂自动加氯系统控制方法的讨论郑編譚（書安县城南供水公司）（一）向超提出水处理过程申保证水展必须进行消痒处理，消 的主5!冃的杀灭水中的细菌、大肠菌等。目前我国仍 基本以氯作为消毒剂氯是一种强的氧化刑有较好 的消韋效果但氯也有其他的m作用当水中有膺殖 86、富里酸第有机物时，加氯肓会产生由代炷类有机 徇其中有致癌或者可致癌物质,特别是在沉淀前加 氯由于水中含有较多的有机物容參产生卤代婭等有且im水中一般邪有藻类、贝秃类等，若无氯气 杀灭«««在沉淀池及滤1*中激生，严形响水质。 为解决这一矛，常采用间歇加h方法w

2、ww性地 进行a（水加«u其加童及间隔时间以不让蓦类、贝 处类审滋生为前提而尽地把加氯清的功 at后进行，此时大部分曲代物跑前靈第展巳被況淀、 过曲掉所以把加«m«的点放在涯后能有效地 杀死水中的徽生物和堀菌而又最大化 消的k作用，达到合理加氯的目的。目前水厂为保证液氯清的安全与正确计量,一 般祁应用奠空加氯设各,井相应配各了自动加氯所儒 各种设备，而且加氯系統运行的安金可辜性将立接形 响全厂的水质指标和运行管理国标規定出厂水余氯值一般为0.5-1.omg/u 我们希虫该值保持在一个穆定的值上，较少变动而 实际情况却会由于脈水水质情况及自动调节廉统品 贵不高和各种

3、干扰从而很难保持也定。以域隋水厂为例表1是城关水厂刚进行试运行 «1试时的水质描标表由衰1附表中可以看出出厂水 余氯值未有恒定,且耗氯也离。表1城甯水厂水质指标表时甸豔hwha 余it水 水位出厂水 也度出厂水 压力出厂水 *11001054.»0.603.640q4600.452,001073 660.553 390.564600.203i001083.360.303.19o.«4600.2041001083370.852.980.384300.55$.00w63.660.952.730.394s0o.»6i001063.»0.852.480

4、.414400.907t001334.120.352.390.304100.408.001244.390.202.340,864000.109：001224. si0-352.30.62mo0.toioioo1213.»0-w2.30.61)900.70lltoo1202.700.6$2 2s0.483900.3012100in2.59o.»2.340.374000.3013 >001142.840.402.410.254t00.2014ic0ils3.w0,302.520.22420o,wisloo1143.580.852.60-234300.9016:001144

5、.20.952.090.264100.to171001144.»0.802.70j04wo.ss18i001144.80o.w2.63o.»co0.70wioo1144.730.652.s50.373»0,7020:00 =1143.990.802 刃0.443900.9021i001143.s20/702.63034000.5022t00114j.j30.®2.710.2b4100.7023.001133j50.702.810.26oo0.6501001123.450.802.970.264400.70（-）*«分析城定水厂加氯系统中加氯机分

6、为三台一台用于原水m加氯* 一台用于滤后加氯:另外还有一台各用。 其中预加氯按水比例投加：公武】qjqnq式中:qjjk水投«*（«/»）qclw单位投魚设定值（l-5n«/l）w 0b（水进水tlnfm后加氛按水量比例和曲后水余氯复合环控制反 调节：公式:q0«（cq（6i-ce）*o.97«q2 式中后水投加氯（0s）5滤后水单位投氯设定值（owl可调） cd-tt后貳当时81定余氯值（创1）ce-tt后水余氯预置标椎值（0 - 20胡1可调） q与段氯点对应的nt水进水量（卅/.） 城南水厂使用的是类国w&t公可生产的v

7、 10k加氯机，是化学溶液投加装音速流 动条件下,进行真空操作，可以手动或自动控制加 氯机的投加片同代海的最大抽出速度和真空调节务 的位有关，控制柜上的流金计能密在很宽控制jeb8 内选择其程，当要求自动控制时，安装在控删柜内 更的控制同响应来自流量变送器或余氯分析仪的控 制ffl号，也可以响应来自sou或rcu等控im器的控 制信号.«««»具有独特而丰富多样的显示功能和 控创功能，对加氯机可实现流比例控制余氯/复合 环控制等。多个ji空器齟成一个自动切换系统，现场攝作人 员选择梵中一个jc空调节為，it代体通过.jt到氯气 操挣空此时第二个夏空调节器

8、开启堆续箱送代体. 毎个讽节誥有一个指示磊以显示是处于“备用”、“工 作”、还是“放空”状忘。每个加氯点设一个水射器水射器具有一个as 定管径的喷和喉管，其尺寸取决于僉大加氯，水 僚水质和溶液管线所存在的水力条件通过水射群的 水产生所需更的jc空来操作加氯机。以城廉水厂加氯呆统为例,城克水厂加氯果统利 用加氯机的scu及poj控制器来完成对加氯的自动 控«1及信号监謝同时还r*t氯吸收歿（收集过 滤器）另外本站hq也对整个加氯系统进行kmfi 示及声光报,并与全厂过程控制dcs果统进行通 讯,plcj6示屏对压力切换电动冏（开/关）状笏、水财 無（开/关）欣态进行显示，当隔膜破裂供氯

9、红路切 ».»«!（发i水高、低及慕发需水位低、加氯机再 空信号（高/低）进行声光报以便及时提!值班人员 对其处理。果统远程遥控加1k机时将处后余氯值及值給加氧由pcu模块控制器 耒充虑.x pid榛块与标扈反慎信号自动地控制在预 定调整点sp的过程变值其工作原理如图4-1 wet® 7a：'-e門 pcuiw it tti机 h 过n氏皮卜取n '图4-1加氯机工作廉理图.(s)fiu算法在pcu控制器中采用的*pid控制算法模块， 而系统中计算机采集的郵是离戟的值号这押送入 pcu控mhpid处理模块的也只是e(k) = r(k)-y

10、(k) (kl,2,3)的信息，所以其中比例作用只施采样进 行,积分作用须通过数值积分徽分作用須通过数值 16分，因此引出离散化处理后的pid控剧算式即】由理姐p1d调节公式；u(g 艮(1> 击 lhs)e(s引出，u(k) =kce(k) + kse(i) tkjc(k) - e<k-1) 式中:比例*»k积分.b微分常效其中：<s(k) -x(k) -y(k)是第k个采样时刻的侑 差值，此处u(k)相应计算机输出为全输出，即对应 加氯机v用阀的间位但由于它每次出与过去状 杰有关这不仅需要计算机对e(k)进行累加，而且计 算机的任何故律邙会使u(k)大幅度变化(

11、也即v ® 冏大变化这对安全生产很不利)，引进增畳式算 法即由pidiii节群公式可flhau(k) - u(k) - u(k-l) kce(k)-e(k-l) + kie( k+ kd e( k) - 2e( k 1) + e( k - 2 )英运算榷图如图4-2示，bkce(k)-e(k-l)j 序充成算式中不需要只与u近几次采样 值宥关容易秩得较好的控制效果，而且由于只输出 增量，控制同的课动作也小些。控制器利用pid卄算对備itfflr号操作产生一个 按正确方向援作加氯同的输出信号从而使导致过程 负載改变或调疫点变，化的倦整信号的持绥时间与大 小邙达到毀小，加氯机pcu执行比

12、例、积分、微分计 算連度较快而且还包括外部复位，域加前馈、反复位 终结鄂。其比例作用产生与sp««成比例的输出 (即线性范bb tc),积分作用cd)即自动复位产生与不 在设定点的控ftl变金的时间长度与41差成比例的校 正值号积分为复位电略所耍求的时间长度,从而产 生输出变化等于比例动作产生变化的大小而导效动. 作era)即速率动作产生与控制变正在变化的速車 成比例的枝正信号,即徽分作用此时不挺达到便被控 量接近设定值的效果，它只是抑制其備差的变化率. 可以说净水厂加氯系统是一曲史的时间滞后的系统， 所以在加氯娱统中仅只采用h调节作用即可。由于加氯系统为一随动自调庚统它除

13、了要考虑 扰动引起的过建过程以外还耍考虑果统庄给定(8发 生变化时彼调量随给定值变化而产生的过at过程。 系统的被调金(输出)随着扰动或给定值的变化将会 值离原来的穗定值，这样经过了由虑态到暂 舌，再达到穆态的过程，即过at过程。而对任一个自 动调节系统而盲，我们的过渡过程是一个 衰减撮荡过程，并越向于一个定值°反现pcu调节器的pi调节是搁调节单元由两部 分姐成:一部分正比于箱入金即比例作用部分；另一 部分正比于输入童的积分叩积分作用部分，其数学 衷达式及传函发别为:t3叭(8十寺i *)g<s)-kc(l + )式中kc是比例为积分时间。 当ae-m一阶跃值ao时有：* i

14、当忏5时有：|b=b 令 kie(k)bb + kde(k)-2e(k-l) + e(k-2)图4-2堆量式算法运算斥图 这样做只将ze(k)k加部分由计算机其它子程寺i叩在阶跃输入量下,积分时间是指盧复一次比例 作用所需的时间,就时可很方便求出积分时何11,如 图4-3所示*it时枳分时间t越小.g(»)tt大,说明积分作用越强:反之f楚大，积分作用越弱。 而当时分作用不存在。4eb4-3阶跃输入量下的积分时间求值由上述传函公式可得。再分析调节器物理过程如下*调节器出量的釈分作用正比手僖差时间的积 分，因此只旻債差存在调节jf的输出量就一直变化 着,相应的调节单元的输入量也jr着总

15、是变化只有 当«»*后为#时twv«的沽出量才停止变化，调 书单元也停止动作才不再变化而秘定下 来。这样系统就处于平循状泰，反过来说当被调參 数不再变化亦即处于平衡状态时，调节器的輸出jft 是不变的越时传it 一定为零因此积分作用部分起 了消除作用，可见含有枳分作用的ecu的自调累统 迪无差系统，这押积分时间越大，积分部分所起的作 用趟小，即其作用霓弱则调节器pcu输出的变化 連度愈小达到执行器将v型阀开到基一开度时间 就越长因此消除wi差就越慢；反之71越小积分作 用便越强输出量的变化速度超大，达到所需v型觸 开度的时间就绘短悄除備整的也越快。但尽管枳分部分可

16、以消除備差，有其有利的一 而却还有他不利的一面，他容易使果统的调节过程 产生碾荡，这是因为比例枳分自调系统中有干扰f (t),系统会产生個差e,此備差加到pi调节h上.调 节器便输出比例作用部分和积分作用部分的迭加，从 施加干扰的聲间开始,偽養开始増大于是比例和积 分部分缽同时增大，英作用效果是便備差回降，因此 偵差上升速度越来催慢当傅签达到最大时比例作 用部分也达到最大，由于仍在同方向积分作用部分 仍将并增加上去;当備邂从最大值回降刘* 时比例作用部分也随之回降到零，但积分作用部分 却仍将按同一方向堆饿上升直到最大值，这样势必会 便在这段时间诫过了头所以備差会雉续下 降，正1差井非变为负備整

17、形成振荡.所以积分作用 部分产生的调节作用，助长了被 w 数的变化，使撮 荡性加剧枳分时间趁小釈分作用ittsl这种援荡也总之，积分时间jk小，积分作用越强，個差消除 快,但衰减比变小援荡性加剧，穆定性变差;反之堆 大积分时wj8w分作用mn.fi除價差慢，衰确比变 大，矗定性改，所以只有选择适当的积分时间才可 以娜决这个问題。由计算机程序来实现pi调节其灵活性很大的.只耍程序精加改变。就可以达到改善控mkft的目 的,但由于廉統次行机恂的践性范bi受限制当<8差 e较大时不能很快悄眦因而公式中近政枳分将取 值很大，必你*政索貌古消除信墓时出现较大的超调 现象，为此引进算法的屋辑功備.方

18、ar可以療少超 调仇另一方面也可必达校正的预期效礼即:au(« «kca(kyvklkie<k)'，式中kj为二果散' fkl =i 当 e(t)<a0 当 e(k)>a则当eaa时积分現不起作用，只有当俊差较小 时枳分作用才加入使节if穆定性得到改善。另外还有一个墓本前提便是:加氯反價环节中所 采禅的余氯值一定不is失真亦即尽粧减少不必具的.、* '采样干扰,那么采關期的选择也显得很重要.香农定 理規定了采样周期的上限，即采样不失真的条件迪采 样频車不小于信号中所含的两倍这禅才不 会因引起跨变，因此采样周期必狈小于工 作咼期的 t

19、ptko.ctio 11 (皿)冥复力法< - i: -s用试悌法辂过程分时间常数f,増益 kc按pi方式的笔对谀差柬时同标准的最小积分，来 计算比的调布餐败.具体如下：“1、将pcu*于manual方式下：2、预語数到値过程可接收的某一启动点如：如 sooeioorra(h ，3、将pcu 于aufo方式j '4、廉少kc至kc»0.5kc,堆鏤就过程，每次减少 2%; ,5、检査图形过程播示到无根務；6、减少ti»»9|入自动复位到过程无撮荡；7、增加f至的15倍，稔定一段时间后应用 pcu输出的，观秦产生的过程数据.在相应数搪存件 器c1/c2

20、中修改kcmii8、根据调节馬优化的kc,tvis过pcu生成的箱 出信号去&mv9r的开度亦即加氯金；i 3 n 4»« t m to ii it ix 14 is ifl it l> 1* z> xi a 23 m m田4-4出厂水余氯曲线图 图4-6加編索统结构图（五）可it性分析图4-4是改进程序后某天的出厂水指标表，由 图4-4中可以看出虽然出厂水余氯值巳基本稳定下 来,但仍育不定期的振荡且甚至还有坦调的现象。 此时出厂水余眞值之所以会使离设定«h是由于水厂 设计时出于节约电能的考虑，设吸水井，相应提高 吸水井水位，从而使肚后水到送水豪的时间*ts 尺，当越后水加氛清世入清水池的储备水在清 水池中停留时简较长当水小于供水量时清水桶 中的水进入啜水井进行补充，出厂水余氯值将会伸 低且无穗定的规律。系统中补氯虽然可以部分控制 出厂水余氯值的稳定但补氯值是很堆以确定下耒 的，因而一旦发生超调补氯只会加剧它的负面形响. 且无法修正它，此时作为反價环节的余氯值与加氯机 pcu控制养输出之间的时间滞后是间题的关健。这 时一旦有偽差要经过一段时间才变化,且一 旦变化又不丛很快倒正调节效果便很蛙了，如果我 <n能将此因索测址出来,預先将其变化检测后送到系 统中进行调节