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)控制自動加藥系統(tǒng)，增強了控制先進性和可靠性。此套自動加藥系統(tǒng)的投入徹底改變了以前人工加藥不準帶來的經(jīng)濟損失且對于節(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)濟效益和社會效益。

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

0引言

當今隨著以半導(dǎo)體功率器件為核心的電力電子技術(shù)的發(fā)展和以計算機為代表的控制技術(shù)的突飛猛進，水質(zhì)在線監(jiān)測儀表、變頻器技術(shù)和PLC的應(yīng)用已深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各方面。水質(zhì)在線儀表是生產(chǎn)現(xiàn)場最直接的檢測設(shè)備，被稱為自動化的“眼睛”，其準確性直接影響到自動化控制的精度。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，成為當今電氣拖動系統(tǒng)的佼佼者。可編程序邏輯控制器(PLC)，是近年來發(fā)展起來的并得到廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動化控制裝置，它已成為解決自動控制問題的最有效工具之一，它編程簡單并且穩(wěn)定可靠越來越受到人們的重視，PLC可以用于各種工業(yè)過程的閉環(huán)控制。當前自動加藥系統(tǒng)已廣泛采用PLC自動控制技術(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)磷酸鹽自動加藥系統(tǒng)的原因及控制目標

引入原因：由于鍋爐在運行中，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，會造成爐管積鹽、結(jié)垢。以前我廠投入的一套手動加藥系統(tǒng)每天人員分幾班倒，人工取樣實驗室分析爐水的PH值和磷酸根值，靠人為經(jīng)驗配藥后開啟手動加藥泵加藥。因取樣不及時、實驗室儀表不準確、人的素質(zhì)參差不齊等因素造成了系統(tǒng)加藥不理想，該加的時候不加，不加的時候又大量加，這樣不僅浪費了大量的人力物力，最關(guān)健的是造成了鍋爐設(shè)備腐蝕程度嚴重加劇。因而我方經(jīng)過考查研究引入了這套自動協(xié)調(diào)磷酸鹽加藥系統(tǒng)，該方法要求嚴格控制PH值和磷酸根值，從而實現(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，加藥泵選用進口機械隔膜計量泵，使用交流電機驅(qū)動。當磷酸鹽超過給定值時停泵；當磷酸鹽低于給定值時啟動泵。

控制目標：自動連續(xù)分析爐水磷酸根和PH值，輸出信號送上位機系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)，加藥量，根據(jù)水質(zhì)、水量的變化，實現(xiàn)實時自動調(diào)節(jié)，達到最佳處理效果。當某泵故障時，備用泵自動投入使用，調(diào)節(jié)池液位實施連鎖，低液位自動停泵并報警。根據(jù)工藝參數(shù)要求自動開啟二鈉和三鈉藥箱電磁閥加相應(yīng)的藥，低液位時開啟補水閥補除鹽水。實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、匯總、打印，上位機出現(xiàn)故障時，PLC可脫離上位機獨立運行。

2控制原理

自動加磷裝置通過對爐水自動協(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)的嚴格控制，以防止機組運行時雜質(zhì)進人鍋爐而引起積鹽結(jié)垢。其控制原理為：通過汽水取樣盤的在線磷表和PH表監(jiān)測爐內(nèi)磷酸根含量和PH值并輸出4—20mA標準信號進入PLC，整個PLC控制系統(tǒng)按用戶要求實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能通過一系列算法處理(PID)再經(jīng)過功能模塊輸出4—20mA信號進電控柜內(nèi)變頻器，相應(yīng)控制計量泵的轉(zhuǎn)速，以便自動調(diào)節(jié)計量泵的輸出流量，調(diào)節(jié)流量范圍為0100％。在PLC中配有AD和DA模塊，來自磷表和PH表的420mA信號經(jīng)PLC進行PID運算后輸出至變頻器控制計量泵調(diào)節(jié)加藥量。啟動備計量泵時，PLC先輸出接點信號(開關(guān)量)到交流接觸器，接通變頻器電源，然后再正常啟動泵。

此系統(tǒng)最關(guān)鍵的設(shè)備是自動化在線分析儀磷表和PH表，它是保證整個閉環(huán)控制系統(tǒng)可靠運行的信號來源。在線儀表的測量值作為反饋，系統(tǒng)中采用PID算法，各系統(tǒng)PLC與中控室計算機通訊。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；e(t)：調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于測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)器的積分時間；TD：調(diào)節(jié)器的微分時間；U0：輸出補償。

控制流程圖如圖1所示。

3控制系統(tǒng)的組成

所有測量數(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、加藥泵和電機等組成，如圖2所示。

PLC控制器根據(jù)PH值和磷酸根值計算出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。控制系統(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)存在很大的時延，并且有兩個反饋信號(鍋水PH值和磷酸根值)，控制參數(shù)也有兩個，即系統(tǒng)為兩輸入、兩輸出系統(tǒng)。由于對象的數(shù)學(xué)模型是變化的，因此用經(jīng)典的方法設(shè)計控制器十分困難。為了簡化系統(tǒng)硬件組成和控制算法，我們采用專家系統(tǒng)的方法對被控對象實施控制。專家控制器的控制算法可以用如下的語言模型來描述。

4．1加藥品種選擇算法

當鍋水R值大于某確定值(給定值)時，說明三鈉過量，應(yīng)補充二鈉；反之，應(yīng)補充三鈉。由于鍋爐純滯后時間過長，因而必須設(shè)定一個死區(qū)，否則會引起R值的振蕩，甚至?xí)�超過允許范圍。其算法如下：

5結(jié)束語

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)的手動控制或常規(guī)的自動加藥控制系統(tǒng)存在的問題，建議以后在工業(yè)自動化現(xiàn)場大量推廣。

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