PH值控制系统PH值控制系统.doc

《过程控制》课程结业报告 ----题目：污水的PH值控制 系 别 班 级 学 号 姓 名 1、过程控制概况 工业自动化涉及的范围极广，过程控制是其中最重要的一个分支。因而，过程控制在国民经济中占有极其重要的地位。锅炉是众多工业部门必不可少的重要动力设备。因此，锅炉往往成了不少工厂不可缺少的一部分。因而，对锅炉设备中的控制系统进行分析研究是必要的。锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中最重要的环节。对锅炉生产操作如果不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。pH值往往是环保部门监测的重要对象。由于污水排放量的变化较大，其酸或碱的含量变化也非常大，并且酸碱类型也是强弱不定，PH值曲线也是变化的。对废水pH值的处理通常采用强酸强碱中和方案 ,但是中和过程是一个不确定的过程，具有严重的非线性现象，用常规控制方案难以达到所要求的PH值在6-9之间。本文提出一种基于非线性增益补偿和模糊控制系统相结合的前馈-反馈的自动控制系统。 3.1、PH值特点 PH控制系统的主要方式有：有一种碱（或酸）滴定另一种物质使PH值保持在某一值上；对两种分别呈酸性和碱性物质的流量进行控制使PH值保持在某一值上；控制两种物质使混合溶液保持在一定的PH值上。 PH控制和其他控制参数的不同主要有以下两点：PH滴定曲线的高度非线性以及滴定过程的测量纯滞后特性。典型的酸碱滴定特性曲线见图3-1。 图3-1典型酸碱滴定特性曲线 从图3-1知，溶液的PH值随中和流量非线性变化。 显然在控制系统中将PH值的变化转化为中和反应，酸碱的控制流量变化，是根据滴定特性曲线进行的。将滴定特性曲线转化为酸碱流量变化规律的方法主要有三种： 1）利用非线性阀补偿过程的非线性； 2）采用三段式滴定调节器，用三条相接的线性段代替非线性滴定曲线 3）采用滴定曲线的非线性调节器精确描述滴定曲线。 随着技术的进步，利用非线性阀补偿滴定曲线非线性用的越来越少；而基于计算机功能元器件或计算机的第二种方法和第三种方法应用越来越多。对滞后的补偿常采用以下三种方法： 1）微分Smith补偿方法，由于该方法本身适应能力较差，较少使用； 2）改进的Smith补偿方法； 3）自适应方法，应用较多的是增益自适应的Smith法。 为了提高控制系统的误差跟踪能力，PHPI或PID，不能采用P调节。 3.2PH值的控制环节 污水处理中的混合罐可被认为是一阶惯性环节加上纯滞后环节的组合，传递函数为: 对这种由一阶惯性环节加上纯滞后环节组合成的系统，涌常的控制方法是采用闭环PID控制，此时PH值控制系统原理如图3-2所示。 图3-2值闭环控制系统原理 3.3、前馈控制器的选择 在确定选用前馈-反馈控制系统后，应该确定对哪个干扰量进行前馈。来水流量的变化和来水PH值变化均为可测变量，现以中原油田文一污水站为例，对来水流量和来水PH值变化时复合碱的加入量进行定性的分析。当来水流量不变时(600 m3/h）PH值的关系如图3-3所示。 图3-3 来水PH值与碱液加入量关系 由图3-3可知，复合碱的加入量与来水PH值不存在非线性关系，且来水PH值在5.5-6.5之间波动时，复合碱的加入量受来水PH值变化影响有限。所以选定对来水流量的变化进行前馈控制。加入来水流量前馈控制后的PH值控制条统结构如图3-4示。 图3-4pH调节结构图 3.4前馈控制器设计 根据来水流最对出水PH值的影响及前馈控制器输入信号对执行器的作用 ，PH值调节前馈-反馈控制系统的原理如图3-5示。 图3-5PH值调节前馈-反馈控制原理 对于PH值调节系统中另一较大干扰一一来水PH值变化，可以不做前馈控制，因在来水流量不变时来水PH值和添加复合碱最不具有线性关系，且来水PH值变化对操作量(复合碱加入量)影响不大，来水PH值变化对PH值调节系统影响有闭环PID系统消除。 4、系统框图及组态图 由结构图画出结构框图为： 图3-6 PH调节前馈-反馈控制框图 基于KMM的组态图为： 图3-7 PH值调节前馈-反馈控制组态图 变送器 调节器 出水PH 变送器 调节阀