基于PLC的锅炉加药自动控制系统

本文摘要:1章节 目前,我国对大型锅炉的自来水与蒸汽质量指标拒绝十分严苛,因而必须对炉水品质倒数监控。测量pH值大多使用传统的PID控制算法.但在反应过程中,因其中和点附近的高增益使得无法调整传统PID控制器参数。因此不能使用较小的比例增益,否则系统不平稳,而比例增益过小,又将使系统的动态特性变差。

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1章节  目前,我国对大型锅炉的自来水与蒸汽质量指标拒绝十分严苛,因而必须对炉水品质倒数监控。测量pH值大多使用传统的PID控制算法.但在反应过程中,因其中和点附近的高增益使得无法调整传统PID控制器参数。因此不能使用较小的比例增益,否则系统不平稳,而比例增益过小,又将使系统的动态特性变差。

对于锅炉自来水特药测控装置,早已构建了加药系统的自动化,但无自动配药设备,仍须要根据汽水实验室的化验结果人工配药,这样不仅工作强度大,而且当是的氨、联胺皆科有剧毒易挥发物质,不会给操作者导致严重危害,并造成环境污染。为此,明确提出逆增益三区段非线性PID和分数模糊控制(IFC)算法的两种新型pH值控制法。通过对具有时滞的pH值中和过程展开数字建模,结果表明,这两种控制算法皆具备鲁棒性强劲,响应速度慢和控制精度低的特点,特别是在是IFC算法能克服pH值中和过程中的较小时滞。

通过在某电厂的实际应用于,已构建了锅炉自来水配药、特药系统的全自动掌控。2pH值掌控方法的研究  2.1常规PID掌控  PID掌控是按偏差的比例(PProportional)、分数(IIntegral)和微分(DDerivative)线性组合的掌控方式。

图1为常规的PID控制系统。其中,r为参照输出信号;PID为控制器;P为被控对象模型;d为阻碍量;e(k)为系统误差;u(k)为掌控量;pH(k)为被控过程输出量。由图可见,常规PID掌控中的比例起到实质上是一种线性缩放或增大起到,很难适应环境酸碱中和过程中被控对象非线性的特点。

 2.2变增益三区段非线性PID掌控  将pH值变化按拐点分成:一个高增益区和两个增益系数有所不同的较低增益区。高增益区控制器使用较低增益;较低增益区控制器使用有所不同的高增益,以符合系统希望的性能指标。此外为避免分数饱和状态,使用带上死区和输入限幅的PID控制算法。  2.3模糊控制  模糊控制算法总结为:根据本次取样获得的系统输入值,计算出来出有输出变量;将输出变量的准确常态为模糊不清量;根据输出变量(模糊不清量)及模糊控制规则,按模糊推理制备规则计算出来掌控量(模糊不清量);由上述获得的掌控量(模糊不清量)计算出来准确的掌控量。

3电厂锅炉自来水特药控制系统  某发电厂共计4台300MW的发电机组,分成两个单元,一单元为1#、2#机组,二单元为3#和4#机组。每个单元特药计量泵还包括锅炉补给水(生水经各种水处理方式净化后.用作补足火力发电厂的汽水损失)和炉水两种用水。现以二单元为事例,特药系统使用两用一备共计3台加药计量泵,即3#和4#机组各用l台加药计量泵,当其中l台经常出现故障时转换到可用泵。

在该系统中通过检测pH值来掌控炉水中磷酸盐的重新加入量,pH值拒绝掌控在914~9.78,当其中1台机组的pH值高于9.4时,启动适当机组的加药泵。此时,磷酸盐特药箱内的磷酸盐溶液经过管道(管道上的阀门都为手动阀,长时间时为关上状态)被泵入适当机组的除氧器出水管特药点。

若3#机组的加药计量泵经常出现故障,则关上可用泵与其连接管道上的阀门,可用泵接任3#机组的加药计量泵,为3#机组的炉水加药;4#机组亦然。由于炉水中重新加入了必要的磷酸盐及氢氧化钠,可提升炉水的缓冲器性能,并不利于保持炉水pH值的稳定性,从而避免锅炉水冷壁的结垢和生锈。  该系统将炉水水样经过减温加压装置引进磷酸表及pH表格分析仪展开测量,经过模拟量切换,再行经控制系统PID运算后掌控变频器输入,掌控加药泵扭矩,从而实时控制炉水的特药量,使炉水的磷酸根浓度与pH较好地维持在合格的范围内。

图2得出其掌控流程图。该掌控分成调节器、执行器、被控对象及变送器4部分。

其中,调节器由S7-200PLC和适当控制软件构成;执行器由变频器、电机和计量泵构成;被控对象为炉水;变送器使用分析仪表,即pH表格。  3.1掌控流程  图3得出3#机组的炉水加药控制系统。

该系统从在线分析仪表(磷酸根表、pH表格)中萃取4~20mA信号,根据运营工艺参数和确认的数学模型展开窗口式PID复合运算,中间结果送来变频器,掌控加药泵特药量以构建加药的自动闭环调节。  3.2控制系统构成  该控制系统搭配上位机软件WinCC+西门子PLC的人组方案。PLC系统通过PorfiBus总线方式与上位机WinCC相连。

如图4右图。其中上位监控部分由工业计算机(WinCC)来已完成。

监控工作人员可通过CRT动态监控系统的运行状况.原作或改动系统的运营参数,同时通过CRT远程软件控制系统运营。上位工控机展开数据处理和管理,并与MIS系统等联网。上位机可对控制器展开组态,组态范围还包括控制器的网络地址和时间、自由选择控制算法、原作算法参数、原作掌控量的原作点、自由选择算法中输入量及输出量的地下通道等。

下位掌控部分由加装在现场的一套可编程控制器(PLC)来已完成。它是自动特药控制系统的核心,用作收集适当的水质数据。

由于化学特药系统具备显迟缓性质,不会造成掌控起到不及时,引发系统产生超调或波动,而利用计算机可便利构建迟缓补偿。使用改良的数字PID控制算法和模糊控制算法,使控制器利用输入掌控信号调节现场的交流变频器,进而掌控电机的扭矩,以调节加药泵。电气部分的掌控方式设计为远程和本地两种,以构建手动/半自动/自动三种功能,后两种功能由上位机转换。

4IFC算法的滤波处置应用于  控制系统中.滤波程序的基本原理是在周期内倒数取样5个数值,并算出其平均值收集当前值,并算出收集值与平均值的差值△=Xi一X;若|△|0.2,则抛弃Xi,所取X=0.2作为按实际情况原作的信号波动范围值;若|△|0.2,则Xl出栈,X2更换X1,X3更换X2,X4更换X3,依序行列式。用当前取样的X6更换X5,然后用这5个新的数值再求X,展开较为,如此循环继续执行该程序才可构建滤波功能。

图5为使用滤波程序后,缩放了的pH值趋势,由此可见,滤波效果较好。图6得出掌控操作界面图。

5结语  实践证明.基于PLC的化学自动特药控制系统可灵活性符合各类化学特药系统的在线监控。该系统投运以来,运营平稳、可信、锅炉及辅机设备能全面实现自动调节,超过了预期效果,解决问题了以往手动掌控无以确保水质指标平稳的问题,减低了运营人员的工作强度,获得完全一致赞誉。


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