无模型自适应控制技术在工业污水处理系统中的应用 点击:531 | 回复:0



siren

    
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发表于:2007-11-22 10:18:00
楼主
(抚顺石化检维公司 辽宁 抚顺 113000)

摘 要:采用无模型自适应控制技术对乙烯装置污水处理系统进行PH值控制,可以控制污水排放质量,满足环保要求,并达到稳定生产,节能降耗的目的。实践证明该控制技术对PH+大滞后系统有很强的控制能力。

Abstract: Using Model Free Adaptive to control the PH in waste water manipulate unit in Fushun Ethylene company, to control the quality of waste water, meet the need of the environment protection, and to save more energy cost.It is proved that this control technique is useful to control big delay PH system .

关 键 词:无模型自适应;污水;鲁棒性;心跳信号

1 前言

近年来,随着社会的不断进步,国际社会越来越深刻的认识到,环境保护对于人类可持续性发展的重要性。我们国家也把环境保护作为一项长期的国策,不断加大环保治理的力度,提高环保水平,同时出台了一系列有关的法律法规。这就要求我们要不断采用新工艺和新技术对工业三废进行有效的处理,以达到日益严格的环保指标。

2002年以前,抚顺乙烯化工有限公司对于乙烯装置排放的碱性污水进行了初步的处理,取得了一定的效果。但随着国家环保控制要求进一步提高,原有的控制手段将无法满足国家排污达标的控制要求,有必要通过引进新技术以获得更加稳定可靠的污水排放控制能力。

2 原污水处理系统工艺分析

抚顺乙烯化工有限公司乙烯装置年产14万吨乙烯。其废碱氧化系统排放的废碱液,急冷系统排污水、储运排污水、丁烯排放生产用水及乙烯化学池排放的废碱液进入中和池。由注酸泵向中和池注酸,控制污水PH值在6~9之间。其工艺流程如图1所示:



图 1

原控制系统为区间控制,存在以下问题:

⒈设定控制区间为6~9,但是实际排放值在5~11之间波动。经常出现污水排放超标的现象。操作曲线如图2:

⒉当大的干扰出现的时候(如:废碱氧化排放),现有控制系统无法控制PH值。需要操作工现场手动启动备用泵。若发现不及时,将导致污水排放超标。



图 2

经现场观察分析发现:

⑴该控制对象为PH值控制。PH值控制实质是三段非线形控制,酸性区和碱性区各有一个非敏感段,调节特性十分迟钝;而中性区是敏感段,调节特性十分灵敏。同时,随着过程处理量的改变,以不同的输出达到的稳态又表现为不同的时间常数和控制增量,是一个时变系统。因此成为传统控制中的难题。

⑵该控制对象存在明显的滞后。经过现场测试发现,综合池加酸后,15~18秒后,过程出现反映,有明显的滞后特征。有大滞后存在的控制系统中一般通过减小比例作用和积分作用来实现。但由于PID调节器的先天不足,当t/T比大于2时,PID调节器就无能为力了。

3 无模型自适应控制方案

由PH+大滞后的特性叠加在该系统上,使控制算法相互矛盾,使问题的解决更加困难,简单的采用传统的控制手段是无法解决问题。为保证调节效果,方案使用了无模型自适应(MFA)控制技术。

3.1简介无模型自适应控制技术

MFA控制是自动控制领域中一种全新的理论和技术,它为解决工业过程中的复杂回路控制问题提出了新颖而有效的理念和方法。MFA控制技术是与PID和自整定PID、模糊控制、神经网络、专家系统控制等流行方式是完全不同的。

MFA技术的关键可以归纳为:⑴所有过程的信息都已包含在输入输出的信号中,只是以往采用传统的控制方法缺乏有效提取这些信息并加以利用的手段;⑵通过无事先训练的快速强制学习等方式,使MFA控制器能够准确把握过程对象当前的特征,产生更合理的对策,从而获得理想的调节控制结果。【1】

MFA控制技术具有稳定性证明,对于开环稳定的线性与非线性过程对象的适用性在理论上得到确认。

MFA控制技术主要的应用范围:非线形(包括PH)、大滞后、强耦合和时变采用传统控制手段难以控制的过程。

MFA控制技术对于PH+大滞后过程有其独特的技术特点:

―仅需大致估计滴定曲线的折点和滞后时间,MFA就可以有效地控制(如图3)

-有效控制流入速率和PH的变化,滴定曲线移动,及其他不确定性

-自适应并补偿大的增益改变



图 3

在一般的应用场合建立MFA(PH)模块控制器后,利用其默认值就可以得到比较稳定的投运效果。

简单的PH 模块可以抵抗τ/T<2的滞后过程。当τ/T>2 时可将MFA的Time-Varying 模块设为Enable,然后估计出最大和最小的滞后时间,填入模块参数表就可以得到满意的控制效果。【2】

3.2控制目标

该控制将达到以下控制目标:

⑴将污水排放值控制在6.5~7.5 之间。使污水排放控制在合格的范围内。防止污水排放超标,稳定生产。

⑵减少控制系统的超调量,减少中和酸的注入量,达到节能降耗的目的。

⑶增强系统的抗干扰能力,使系统即使在大的干扰出现的时候,仍然能够保持稳定,且能够快速收敛;

3.3控制方案

控制逻辑如图4



图 4

4 无模型自适应控制方案实施

⑴控制器选择CyboCon CE。该控制器是美国博软公司将无模型自适应(MFA)控制技术与Microsoft Windows CE 实时操作系统结合起来,嵌入GE Fanuc公司的FC2000工业平台,是一种即插即用式,功能强大的一体化先进控制器。可以通过其自带的I/O通道直接与一次仪表连接;触摸屏完成控制组态和调节趋势显示;内置的控制逻辑算法实现连续、间歇控制逻辑的组态,

⑵考虑到污水池油污较多,经常污染PH计探头,造成PH值偏离实际值,无法满足控制需要。所以采用了德国产带有憎污PTFE隔膜的PH探头。经过安装、调试、使用发现,该PH计测量准确,有很强的抗油污能力,能够满足控制需要。

⑶为实现连续控制,在P4泵上安装了变频器。该变频器接受MFA控制器的输出信号。对控制对象实现连续控制。

⑷考虑到污水处理过程中污水的碱性和流量有较大的变化,而变频调速技术有其应用的限制,即当输出频率低于工频的20%时,电机较易发热,这就意味着最大与最小处理能力的比值不能超过5。但现场工况的考察结果表明,这样的处理能力是远远不够的。方案选择了双泵工作方案,即P4泵做常稳态的连续调节,并限制其不在工频的20%以下工作,必要时可关闭该泵;P3泵作为P4泵的补充,在P4泵的能力不够时开启。

设计中必须考虑一套控制逻辑实现上述目的。初步设计利用CyboCon CE的逻辑模块组成控制逻辑。其主要原理是:在设定值的上下各设一个带,形成PH值的上下限,上限与变频器输出频率构成逻辑控制P3泵的启停,下限与变频器的输出频率过程逻辑控制P4泵的启停,中间作为连续调节区。

考虑防止P3、P4泵在上下限处频繁启停,损坏设备,在上下限处各增设一条宽为0.1的死区。

P4泵的控制逻辑如下:

DO=(是否位于死区?) AND (DO) OR(PV≤下限)

⑸由CyboCon CE输出DO信号作为HeartBeating信号,接至指示灯,反映CyboCon CE的运行状态。指示灯闪烁,表示MFA正常;指示灯停止闪烁,表示MFA异常。

5 系统投运的效果

正常状况下系统实现了连续排放,排放值为PH=7.0±0.15。

在最大流量废碱外排的冲击状况下,P4泵接近满流量输出,PH值继续上升至8.5时,CyboCon CE自动启动P3泵补充加酸量,当PH值下降至8.4时P3泵停止,随后PH值在7~9之间波动。冲击停止后,系统自动恢复正常状况。

在小流量低碱的情况下,P3泵在最低保护流量输出,PH值下降至6.5时,CyboCon CE 自动停止P4加酸泵。当PH值回升至6.6时,P4泵启动,随后PH值在6~7之间波动。废水流量提高后,系统自动恢复正常状况。

在控制过程中,控制器始终处于自动状态,具有较强的鲁棒性。系统运行曲线如图5。

图 5

6 结束语

污水控制系统已经在2002年9月份开始投用。从连续投用的效果看,该控制系统鲁棒性强,超调量小,对生产的平稳运行起到了重要的作用。事实证明了无模型自适应控制在PH+大滞后的系统中强大的控制能力。[1]





参考文献

[1]凡斯·凡多伦 无模型自适应控制--新的自适应


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