摘要：介紹了由水質(zhì)在線分析儀(如PH表、磷表)與PLC和變頻器組成閉環(huán)自動(dòng)控制加藥系統(tǒng)在撫順石油二廠爐內(nèi)協(xié)調(diào)磷酸鹽處理中的應(yīng)用。由在線分析儀、PLC、變頻器組成的閉環(huán)控制自動(dòng)加藥系統(tǒng)，增強(qiáng)了控制先進(jìn)性和可靠性。此套自動(dòng)加藥系統(tǒng)的投入徹底改變了以前人工加藥不準(zhǔn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失且對(duì)于節(jié)省人力、降低消耗、確保爐水安全、保證水質(zhì)的穩(wěn)定性，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)在線分析儀；計(jì)量泵；協(xié)調(diào)磷酸鹽處理；閉環(huán)控制

0引言

當(dāng)今隨著以半導(dǎo)體功率器件為核心的電力電子技術(shù)的發(fā)展和以計(jì)算機(jī)為代表的控制技術(shù)的突飛猛進(jìn)，水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀表、變頻器技術(shù)和PLC的應(yīng)用已深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的各方面。水質(zhì)在線儀表是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)最直接的檢測(cè)設(shè)備，被稱為自動(dòng)化的“眼睛”，其準(zhǔn)確性直接影響到自動(dòng)化控制的精度。變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，以其明顯節(jié)能效果、高可靠性、較高功率因數(shù)及效率等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今電氣拖動(dòng)系統(tǒng)的佼佼者�？删幊绦蜻壿嬁刂破�(PLC)，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的并得到廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，它已成為解決自動(dòng)控制問題的最有效工具之一，它編程簡(jiǎn)單并且穩(wěn)定可靠越來(lái)越受到人們的重視，PLC可以用于各種工業(yè)過(guò)程的閉環(huán)控制。當(dāng)前自動(dòng)加藥系統(tǒng)已廣泛采用PLC自動(dòng)控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)。

1我廠投入爐內(nèi)協(xié)調(diào)磷酸鹽自動(dòng)加藥系統(tǒng)的原因及控制目標(biāo)

引入原因：由于鍋爐在運(yùn)行中，因凝汽器的滲泄漏和爐水大量蒸發(fā)而引起的爐水鹽分極度濃縮，會(huì)造成爐管積鹽、結(jié)垢。以前我廠投入的一套手動(dòng)加藥系統(tǒng)每天人員分幾班倒，人工取樣實(shí)驗(yàn)室分析爐水的PH值和磷酸根值，靠人為經(jīng)驗(yàn)配藥后開啟手動(dòng)加藥泵加藥。因取樣不及時(shí)、實(shí)驗(yàn)室儀表不準(zhǔn)確、人的素質(zhì)參差不齊等因素造成了系統(tǒng)加藥不理想，該加的時(shí)候不加，不加的時(shí)候又大量加，這樣不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，最關(guān)健的是造成了鍋爐設(shè)備腐蝕程度嚴(yán)重加劇。因而我方經(jīng)過(guò)考查研究引入了這套自動(dòng)協(xié)調(diào)磷酸鹽加藥系統(tǒng)，該方法要求嚴(yán)格控制PH值和磷酸根值，從而實(shí)現(xiàn)R值(鈉離子的量濃度與磷酸根爐離子的量濃度比)的嚴(yán)格控制以保證協(xié)調(diào)磷酸鹽處理的水質(zhì)工況。協(xié)調(diào)磷酸鹽自動(dòng)加藥系統(tǒng)常采用開關(guān)量控制二鈉和三鈉的選擇，加藥泵選用進(jìn)口機(jī)械隔膜計(jì)量泵，使用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)磷酸鹽超過(guò)給定值時(shí)停泵；當(dāng)磷酸鹽低于給定值時(shí)啟動(dòng)泵。

控制目標(biāo)：自動(dòng)連續(xù)分析爐水磷酸根和PH值，輸出信號(hào)送上位機(jī)系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)，加藥量，根據(jù)水質(zhì)、水量的變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳處理效果。當(dāng)某泵故障時(shí)，備用泵自動(dòng)投入使用，調(diào)節(jié)池液位實(shí)施連鎖，低液位自動(dòng)停泵并報(bào)警。根據(jù)工藝參數(shù)要求自動(dòng)開啟二鈉和三鈉藥箱電磁閥加相應(yīng)的藥，低液位時(shí)開啟補(bǔ)水閥補(bǔ)除鹽水。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、匯總、打印，上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，PLC可脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。

2控制原理

自動(dòng)加磷裝置通過(guò)對(duì)爐水自動(dòng)協(xié)調(diào)磷酸鹽處理，控制PH值(9—10PH)和磷酸根值(315mg／1)，從而實(shí)現(xiàn)R值(鈉離子的量濃度與磷酸根離子的量濃度之比)的嚴(yán)格控制，以防止機(jī)組運(yùn)行時(shí)雜質(zhì)進(jìn)人鍋爐而引起積鹽結(jié)垢。其控制原理為：通過(guò)汽水取樣盤的在線磷表和PH表監(jiān)測(cè)爐內(nèi)磷酸根含量和PH值并輸出4—20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)入PLC，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)按用戶要求實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能通過(guò)一系列算法處理(PID)再經(jīng)過(guò)功能模塊輸出4—20mA信號(hào)進(jìn)電控柜內(nèi)變頻器，相應(yīng)控制計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，以便自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的輸出流量，調(diào)節(jié)流量范圍為0100％。在PLC中配有AD和DA模塊，來(lái)自磷表和PH表的420mA信號(hào)經(jīng)PLC進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出至變頻器控制計(jì)量泵調(diào)節(jié)加藥量。啟動(dòng)備計(jì)量泵時(shí)，PLC先輸出接點(diǎn)信號(hào)(開關(guān)量)到交流接觸器，接通變頻器電源，然后再正常啟動(dòng)泵。

此系統(tǒng)最關(guān)鍵的設(shè)備是自動(dòng)化在線分析儀磷表和PH表，它是保證整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的信號(hào)來(lái)源。在線儀表的測(cè)量值作為反饋，系統(tǒng)中采用PID算法，各系統(tǒng)PLC與中控室計(jì)算機(jī)通訊。PID算法如下：

U=Kp[e(t) fe(t)Xdt／T1 TDXde(t)／dt] U0

u：調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)；e(t)：調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)，它等于測(cè)量值和給定值的之差；Kp：調(diào)節(jié)器比例系數(shù)；T1：調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間；TD：調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間；U0：輸出補(bǔ)償。

控制流程圖如圖1所示。

3控制系統(tǒng)的組成

所有測(cè)量數(shù)據(jù)如水位、液位、藥位在中央控制室集中顯示。磷酸鹽協(xié)調(diào)處理控制系統(tǒng)由加拿大HBcontrols公司PH表、磷酸根表；三菱PLC控制器；西門子：6se6440—2ud21變頻器以及電磁閥、加藥泵和電機(jī)等組成，如圖2所示。

PLC控制器根據(jù)PH值和磷酸根值計(jì)算出R值，由R值確定加藥的品種，去控制磁閥的開啟和關(guān)閉；磷酸根值作為系統(tǒng)的給定值�？刂葡到y(tǒng)的等效框圖如圖3所示。圖3中E(s)為系統(tǒng)誤差，u(s)為中間函數(shù)。

4控制算法

在協(xié)調(diào)磷酸鹽控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)存在很大的時(shí)延，并且有兩個(gè)反饋信號(hào)(鍋水PH值和磷酸根值)，控制參數(shù)也有兩個(gè)，即系統(tǒng)為兩輸入、兩輸出系統(tǒng)。由于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型是變化的，因此用經(jīng)典的方法設(shè)計(jì)控制器十分困難。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件組成和控制算法，我們采用專家系統(tǒng)的方法對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制。專家控制器的控制算法可以用如下的語(yǔ)言模型來(lái)描述。

4．1加藥品種選擇算法

當(dāng)鍋水R值大于某確定值(給定值)時(shí)，說(shuō)明三鈉過(guò)量，應(yīng)補(bǔ)充二鈉；反之，應(yīng)補(bǔ)充三鈉。由于鍋爐純滯后時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因而必須設(shè)定一個(gè)死區(qū)，否則會(huì)引起R值的振蕩，甚至?xí)�超過(guò)允許范圍。其算法如下：

5結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了水質(zhì)在線分析儀、PLC和變頻器組成閉環(huán)自動(dòng)控制加藥系統(tǒng)在撫順石油二廠爐內(nèi)協(xié)調(diào)磷酸鹽處理中的應(yīng)用。由于采用了水質(zhì)在線分析儀、PLC可編程控制器、專家控制算法和變頻調(diào)速技術(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，解決了傳統(tǒng)的手動(dòng)控制或常規(guī)的自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)存在的問題，建議以后在工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)大量推廣。

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