力控在阴阳床再生污水中和处理控制中的应用.docVIP

摘要：本文以阴阳床再生污水pH值稳定控制系统项目为典型，通过对其工艺进行的深入研究，分析了中和水处理过程中pH值的控制难点，阐述了运用先进控制技术、嵌入技术及专用组态软件解决污水达标控制问题的具体方法。详细说明了如何运用无模型自适应（MFA）技术在控制层解决pH值稳定问题，对于在污水处理系统中的应用高新控制技术有着重要的现实意义。 　　关键字：阴阳床再生污水；无模型自适应控制MFA；pH；过程控制；力控。 　　1?引言　　pH值是工业污水处理中最常见的受控变量之一，但由于其特殊的过程特性，实现自动控制的难度较大，因此，目前仍基本采用人工进行排放管理，超标排放的现象时有发生。阴阳床是电厂除盐水处理最常用的生产工艺，其再生过程会产生强酸和强碱污水，这些污水须经过中和处理后才能够排放。目前对于阴阳床再生污水的处理有多种方法，主要分为池中加药和管道加药两种方式。尽管工艺流程和控制方法不同，但基本的控制原理是一样的。本文以某石化公司阴阳床再生污水pH值稳定控制系统项目为例，通过对阴阳床污水处理管道加药工艺的分析，阐述了运用先进控制技术、嵌入技术及三维力控ForceControl 3.62监控组态软件，建立控制层与管理层的连接，实现集中管理和监控；最终达到自动达标排放的目的。　　2?工艺概述　　原处理工艺流程是将阴阳床再生污水首先排放到中和池进行预混合处理，然后进入缓冲罐，经污水提升泵送至污水处理管线，在管道内进行加药。加药部分设两组（酸／碱）加药计量泵，分两级进行加药处理，两级各设置一台静态混合器。处理后的污水如达标则直接排放；否则，通过气动阀门回流至缓冲罐循环处理。　　阴阳床再生的时间和周期由除盐水生产装置的实际运行状况而决定，受其影响中和池内再生污水的来源和水量呈不同的酸/碱性。理想的处理方式是让酸／碱污水首先在大中和池内充分中和；由于阳床的酸性污水较多，阴床的碱性污水较少，池内污水基本显酸性，加药时仅需要注入适量碱液即可排放。，但往往池容积有限，经常会出现污水显较强酸（碱）性时还必须加药排放的情况。  　　3?控制特点　　3.1?非线性：　　污水pH值与加药量之间的关系呈现极强的非线性特征。在污水流量不变（提升泵流量约70m3/h）,并且碱液浓度为45%的前提下，如下一组数据可以明显地看到过程的非线性： 入口pH值 注碱量 出口pH值 5 2L/h 6.5 4 15L/h 6.5 2 150L/h（最大加药能力） 2.3 　　该现象也可以从pH过程的滴定曲线得到解释，如图2所示。pH过程本身是具有极端非线性（S型）的过程对象。这意味着在容量相等但pH值不相同的溶液中加入等量的酸（碱）液，对溶液pH值的影响是不同的。　　由于阳床的再生周期短，再生时间长，因此阳床再生过程中的污水一般呈较强酸性，处于pH滴定曲线平缓段，时常表现为中和过程中加药量很大，但pH值上升却很慢；而一旦进入pH滴定曲线的陡峭区则往往加药过量出现超调。过程增益特性的变化可以达到数百倍之多。面对这种强烈的非线性对象，就要求控制器必须能适应过程特性的变化，避免调节控制作用在强酸时不足和弱酸时超调的结果。此外，在工艺设备方面还要求加药泵有很大的储备量和流比控制特性以应对不同 pH值的污水。 　　3.2?大滞后（τ）：　　从改变加药量到实际pH值发生变化大约需要10秒钟，而过程的时间常数往往仅有1～2秒钟。该现象产生原因主要是由于现场加药点距传感器安装点有一定距离、在线检测仪表取样管线较长等工艺管线原因造成的。另外在管道加药时，一般会加入静态混合器，污水在到达测量点时，中和反应已基本完成；反应的变化速度（时间常数T）基本由泵的增减量的能力决定，过程几乎没有过渡时间，而导致较高的τ/ T比。　　τ/ T≥2时，是常规控制方法的难题。　　3.3?PID控制器的局限性：　　原控制系统中采用了常规的PID控制器。由于该控制器的算法特点，对大滞后、非线性及两者的组合特性缺乏必要的应对手段，尽管在工艺上采用了分段加药的方式，用增加设备投入的方式来弥补控制缺陷，仍然无法满足工艺要求，系统的控制精度低，投药量和循环量大，增加了使用成本。　　4?解决方案　　4.1?选用先进控制器　　美国通控集团博软公司(CyboSoft, General Cybernation Group Inc.)于1997年在美国推出了无摸型自适应(Model-Free Adaptive Control，MFA)控制技术及其产品CyboCon（美国专利号：6,055,524）。目前在石油化工、冶金、半导体、航空航天、医药、食品、环保等现代工业领域都有MFA技术及其产品应用实例。　　CyboCon是世界上首套“即插即用”式单变量和多变量控制软件，可对简单或复杂的工业过程作