化工厂除盐水控制系统设计(doc 43页)

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化工厂除盐水控制系统设计

1.绪论

1.1研究背景

化工行业是国家的基础工业，也是高用水行业。近十几年，在世界化工行业技术和装备水平不断提高的基础上，我国化工企业也朝着工艺装备先进、装备规模扩大的方向迅速发展，更加突出了对水质及供水系统稳定对化工企业生产的重要性。有关资料显示我国化工企业用水量达到每年120亿立方米，由此可见，水处理生产过程控制系统的应用将具有很大的发展前景。

除盐水作为一种重要的生产介质，广泛应用于工业生产中。除盐水生产过程中有机械过滤器、钠离子过滤器、盐过滤器以及反渗透装置等高新技术生产设备，通过传统的控制方法已经远远不能满足生产需求，所以对于整个除盐水生产过程进行自动化监控，可以很好的起到节能环保，提高生产效率的作用。除盐水生产过程中，最重要的应用就是反渗透技术。虽然经过十几年的发展，但先进的控制技术仍然没有得到完全的发挥，这正给了此行业控制技术发挥的巨大空间。

本文以某化工厂除盐水系统为背景，采用超滤和反渗透相结合的工艺来进行处理。生水经过初级过滤后，进入超滤系统，将水中的细菌、铁锈、胶体、悬浮物、大分子有机物等先期除去，再进入到反渗透系统，进一步除去水中的溶解盐、胶体、细菌、病毒和大部分有机物等杂质，以达到为生产设备提供优质除盐水。

1.2国内外除盐水技术研究现状

当前我国关于除盐水生产过程的控制主要有三种方式:

1)手动操作方式:由操作人员利用仪表采集水处理过程中的流量、水位、温度、浊度、pH值等数据，同时操作现场设备的过程被称为手动操作除盐水处理。由于这个过程中，数据采集是由操作人员完成，在参数上就会存在较大的误差，因此除盐水的水质就无法得到保证。

(2)半自动控制方式:在半自动控制方式下，除盐水生产过程中部分的数据采集是通过传感器，变送器的方式采集，并在控制室内设有用来显示流量、液

位、温度、压力、浊度、pH值等数据的显示屏，同时显示屏还可以显示电机、阀门等的运行状态，由操作员通过显示屏上显示的数据及设备状态，对水处理控制过程进行监控。但控制室内操作员只能远程控制部分设备的运行，其它设备的控制仍需要由现场的操作人员完成，现场数据也通过人工采集。

(3)全自动控制方式:整个除盐水生产过程控制不设置具体人员进行现场设备操作及数据采集，而是通过计算机编程和现场总线技术对整个生产过程进行控制。在除盐水生产过程中，通过计算机网络将所有的数据采集入下位机，并以PLC为控制单元，将现场所有设备按照控制算法程序运行，并在控制室实时监控。所有数据参数的采集和远程控制参数也都是通过现场总线进行。这种全自动控制方式是目前除盐水生产控制的主要方向

现代化的除盐水生产过程控制系统在欧美发达国家的一些水处理厂中使用日益广泛，甚至达到全自动化无人值守的程度，如美国Iowa水厂在七十年代初就已经实现计算机自动控制除盐水pH值，此外苏联Moscow水厂，日本东京Sunglow水厂等也先后采用计算机自动控制，除盐水的水质控制取得相当理想的效果。现在，美国的大中型水厂全部采用集散型的自动控制系统，在厂区范围内的不同工艺段，设有若干台现场计算机对整个除盐水生产过程实行多环路控制，过滤生产车间，超滤反渗透生产车间等现场计算机与设在中心控制室内的计算机主机，通过工业以太网连接，将现场数据传输到主控室计算机，并在主控室计算机上显示图表、曲线以及设备动作记录、故障报警等信息，并在自动控制系统发生故障时，可以由操作人员随时将自动控制式过程切换至手动控制方式。

就当前除盐水生产过程控制系统而言，主要是根据应用场合的要求，选定水质参数，采用一定的控制算法，设计自动控制系统，实现对水质参数的有效控制，使出水的电导率和pH值达到指标要求。目前，针对除盐水反渗透控制系统，很多控制算法被研究和应用。

(1)常规PID控制

常规PID控制可以不用导出被控对象精确的数学模型，而从经验和实际调试中大致确定控制的参数，故此在设计数字控制器时能够利用常规的模拟调节规律，离散化简化数字控制器设计。常规PID闭环控制系统的控制过程是:具有

参数可调的PID算法根据设定值和过程反馈变量输入之间的误差，经运算后把输出信号传送给输出附加程序，再输出给控制机构。

在连续自动控制系统中，不论是闭环控制还是其它类型的复杂控制，最为常用的控制方法仍然采用常规PID控制方法，或者是以常规PID控制方法为基础，再加上其它的复杂的，特殊的控制方法。

(2)模糊自适应控制

在除盐水生产过程中，控制目标是使除盐水的电导率和pH值控制在一定范围。这是非常典型的大延迟、非线性时变、多目标系统，反应复杂，难以建立模型。对它的控制，一直是国内外除盐水生产行业的难点。针对以上特点，有科研人员提出了以分阶、预测、自校正为研究基础的模糊控制方案。具体方法为:离线建立模糊控制规则，根据经验，历史和实时数据库，自学习校正控制规则。

(3) Fuzzy-PID复合控制

模糊控制具有很多优点，对于难以建立精确的数学模型、非线性和大滞后的过程特别适合应用，但在应用中也存在一些问题。例如，基本模糊控制系统的稳态性能较差。由于基本模糊控制器相当于一种非线性PID控制器，缺少积分作用，因此系统的稳态误差不能有效消除。为此，有科研人员尝试将模糊控制(Fuzzy)与PID控制结合在一起。

当系统偏差较小时，采用传统的PID控制方法，因为PID控制的稳态精度较高。而当系统出现的偏差较大时，则切换采用模糊控制，因为非线性、大干扰的情况由模糊控制来实现更为现实。

(4)专家控制

美国等发达国家于90年代初开始研究在除盐水生产系统中采用专家系统智能控制技术来实现除盐水生产中的pH控制，取得了相当有效成果。国内研究者于1993年起，也开始了专家智能pH控制系统的研究，并在除盐水生产方面取得初步推广应用。

(5)神经网络控制

神经网络控制是随着神经网络的研究复兴而发展起来的，是神经网络与自动控制系统的一种有效的结合，目前各国学者正致力于将其用于工业生产过程控