基于PLC的自来水厂投氯控制改造.doc.doc

基于PLC的自来水厂投氯控制改造 　　摘要：本文针对自来水厂的投氯控制系统，通过与传统的单反馈控制、PID控制、前馈－反馈控制等各种控制方案进行较深入细致的对比分析，提出了以PLC系统实现多变量复合控制投加的控制方法。运行实践表明，经过技术改造后投氯控制系统在运行和控制两方面都更加符合实际生产的需要，取得了良好效果。 　　关键词：净水处理 ；投氯系统 ；PLC控制；多变量复合控制；软件控制 　　中图分类号： G356.9文献标识码：A 文章编号： 　　投氯控制系统介绍 　　目前，一般自来水厂为保证液氯消毒的安全与正确计量，一般都应用真空加氯设备，并相应配备了自动加氯所需各种设备，而且加氯系统运行的安全可靠性将直接影响全厂的水质指标和运行管理。 　　A水厂使用的是美国WT公司生产的V-2000和V-2020加氯机，是化学溶液投加装置，该装置在音速流动条件下，进行真空操作，可以手动或自动控制，当要求自动控制时，安装在控制柜里的控制阀响应来自流量变送器或余氯分析仪的控制信号，也可以响应来自SCU或PCU等控制器的控制信号，该控制器具有独特而丰富多样的显示功能和控制功能，对加氯机可实现流量比例控制、余氯控制等[1]。 　　A水厂加氯系统中加氯机分为两组，一组用于预加氯；一组用于滤后加氯。其中预加氯按水量比例投加： 　　公式： 　　----原水预加氯投加量(g／s) 　　----单位投氯量设定值（1～5mg/l可调） 　　----原水流量（m3/s） 　　 　　后加氯按滤后水余氯反馈进行单信号直接调节： 　　公式： 　　f2 —— 滤后水投加氯量（g/s） 　　k —— 投加比例 　　 —— 设定值SP与测定值PV之差 　　 —— 积分增益 　　 　　存在问题 　　图1 采用单信号控制方式下某日余氯值 　　 　　我们希望在生产过程中出厂水余氯值保持在一个国标范围内且较稳定的值上，较少变动。图1是A水厂投产初期某日的余氯指标图， 由图1中可以看出出厂水余氯值未有稳定，且耗氯量也高。经过分析，我们认为之所以存在余氯值不稳定这个问题，主要是后加氯的控制上采用了按滤后水余氯反馈进行的“单信号直接调节”上。而在A水厂的实际生产过程中，取水流量的变化时间短而幅度大，对投氯控制系统的冲击较为剧烈，而过程控制总是具有滞后特性，所以采用按滤后水余氯反馈进行“单信号直接调节”的控制方式，余氯值容易产生突变和振荡。 　　PCU的PID控制算法 　　首先，我们从简单入手，直接在投氯机自带的PCU控制器中选用PID控制。控制器利用PID计算对偏差信号操作，产生一个按正确方向操作加氯阀的输出信号，从而使导致过程负载改变或调整点变化的偏差信号的持续时间与大小都达到最小。明显地，水厂加氯系统是一典型的时间滞后的系统，所以在加氯系统中，只采用PI调节作用即可。 　　由于加氯系统为一随动自调系统，它除了要考虑扰动引起的过渡过程以外，还要考虑系统在给定值发生变化时被调量随给定值变化而产生的过渡过程。PCU调节器的PI调节中积分部分可以消除偏差，有其有利的一面，却还有它不利的一面，它容易使系统的调节过程产生振荡，这是因为比例积分自调系统中有干扰f(t)，系统会产生偏差e，此偏差加到PI调节器上，调节器便输出比例作用部分和积分作用部分的迭加，从施加干扰的瞬间开始，偏差开始增大，于是比例和积分部分都同时增大，其作用效果是使偏差回降，因此偏差上升速度越来越慢，当偏差达到最大时，比例作用部分也达到最大，由于仍在同方向，积分作用．部分仍将继续积累并增加上去；当偏差从最大值回降到零时，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继续上升直到最大值，这样势必会使被调参数在这段时间调过了头，所以偏差会继续下降，正偏差变为负偏差，形成振荡，所以积分作用部分产生的调节作用，助长了被调参数的变化，使振荡性加剧，积分时间越小，积分作用越强，这种振荡也越强。 　　总之，积分时间越小，积分作用越强，偏差消除快，但衰减比变小，振荡性加剧，稳定性变差；反之，增大积分时间则积分作用减弱，消除偏差慢，衰减比变大，稳定性改善，所以只有选择适当的积分时间才可以解决这个问题。 　　直接利用投氯机的PCU进行PID控制，效果比之前采用的滤后水余氯反馈进行“单信号直接调节”稳定，但当水质或者天气发生较大变化时，如果没有及时调整PCU中的积分系数，系统也出现振荡加剧和不稳定的情况，并且在取水量变化的时候，还是会出现超调现象。 　　基于PLC的多变量复合算法 　　由于硬件控制器在PID调节过程中遇到积分系数不能随着相关因子变化而自动调节的局限性，因此，我们引入PLC进行编程，由PLC程序来实现PI调节，并且增加控制因子，加入前馈控制，完善控制。