化工廠除鹽水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-副本-副本

1、化工廠除鹽水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.緒 論1.1研究背景 化工行業(yè)是國家的基礎(chǔ)工業(yè)，也是高用水行業(yè)。近十幾年，在世界化工行業(yè)技術(shù)和裝備水平不斷提高的基礎(chǔ)上，我國化工企業(yè)也朝著工藝裝備先進(jìn)、裝備規(guī)模擴(kuò)大的方向迅速發(fā)展，更加突出了對(duì)水質(zhì)及供水系統(tǒng)穩(wěn)定對(duì)化工企業(yè)生產(chǎn)的重要性。有關(guān)資料顯示我國化工企業(yè)用水量達(dá)到每年120億立方米，由此可見，水處理生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用將具有很大的發(fā)展前景。 除鹽水作為一種重要的生產(chǎn)介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。除鹽水生產(chǎn)過程中有機(jī)械過濾器、鈉離子過濾器、鹽過濾器以及反滲透裝置等高新技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備，通過傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需求，所以對(duì)于整個(gè)除鹽水生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控

2、，可以很好的起到節(jié)能環(huán)保，提高生產(chǎn)效率的作用。除鹽水生產(chǎn)過程中，最重要的應(yīng)用就是反滲透技術(shù)。雖然經(jīng)過十幾年的發(fā)展，但先進(jìn)的控制技術(shù)仍然沒有得到完全的發(fā)揮，這正給了此行業(yè)控制技術(shù)發(fā)揮的巨大空間。 本文以某化工廠除鹽水系統(tǒng)為背景，采用超濾和反滲透相結(jié)合的工藝來進(jìn)行處理。生水經(jīng)過初級(jí)過濾后，進(jìn)入超濾系統(tǒng)，將水中的細(xì)菌、鐵銹、膠體、懸浮物、大分子有機(jī)物等先期除去，再進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)，進(jìn)一步除去水中的溶解鹽、膠體、細(xì)菌、病毒和大部分有機(jī)物等雜質(zhì)，以達(dá)到為生產(chǎn)設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)除鹽水。1.2國內(nèi)外除鹽水技術(shù)研究現(xiàn)狀當(dāng)前我國關(guān)于除鹽水生產(chǎn)過程的控制主要有三種方式: 1)手動(dòng)操作方式:由操作人員利用儀表采集水處理過

3、程中的流量、水位、溫度、濁度、pH值等數(shù)據(jù)，同時(shí)操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程被稱為手動(dòng)操作除鹽水處理。由于這個(gè)過程中，數(shù)據(jù)采集是由操作人員完成，在參數(shù)上就會(huì)存在較大的誤差，因此除鹽水的水質(zhì)就無法得到保證。(2)半自動(dòng)控制方式:在半自動(dòng)控制方式下，除鹽水生產(chǎn)過程中部分的數(shù)據(jù)采集是通過傳感器，變送器的方式采集，并在控制室內(nèi)設(shè)有用來顯示流量、液位、溫度、壓力、濁度、pH值等數(shù)據(jù)的顯示屏，同時(shí)顯示屏還可以顯示電機(jī)、閥門等的運(yùn)行狀態(tài)，由操作員通過顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)，對(duì)水處理控制過程進(jìn)行監(jiān)控。但控制室內(nèi)操作員只能遠(yuǎn)程控制部分設(shè)備的運(yùn)行，其它設(shè)備的控制仍需要由現(xiàn)場(chǎng)的操作人員完成，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)也通過人工采集。(3

4、)全自動(dòng)控制方式:整個(gè)除鹽水生產(chǎn)過程控制不設(shè)置具體人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作及數(shù)據(jù)采集，而是通過計(jì)算機(jī)編程和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。在除鹽水生產(chǎn)過程中，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將所有的數(shù)據(jù)采集入下位機(jī)，并以PLC為控制單元，將現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備按照控制算法程序運(yùn)行，并在控制室實(shí)時(shí)監(jiān)控。所有數(shù)據(jù)參數(shù)的采集和遠(yuǎn)程控制參數(shù)也都是通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行。這種全自動(dòng)控制方式是目前除鹽水生產(chǎn)控制的主要方向現(xiàn)代化的除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)在歐美發(fā)達(dá)國家的一些水處理廠中使用日益廣泛，甚至達(dá)到全自動(dòng)化無人值守的程度，如美國Iowa水廠在七十年代初就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制除鹽水pH值，此外蘇聯(lián)Moscow水廠，日本東京Sunglo

5、w水廠等也先后采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，除鹽水的水質(zhì)控制取得相當(dāng)理想的效果。現(xiàn)在，美國的大中型水廠全部采用集散型的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在廠區(qū)范圍內(nèi)的不同工藝段，設(shè)有若干臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)除鹽水生產(chǎn)過程實(shí)行多環(huán)路控制，過濾生產(chǎn)車間，超濾反滲透生產(chǎn)車間等現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)與設(shè)在中心控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)主機(jī)，通過工業(yè)以太網(wǎng)連接，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺厥矣?jì)算機(jī)，并在主控室計(jì)算機(jī)上顯示圖表、曲線以及設(shè)備動(dòng)作記錄、故障報(bào)警等信息，并在自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以由操作人員隨時(shí)將自動(dòng)控制式過程切換至手動(dòng)控制方式。就當(dāng)前除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)而言，主要是根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的要求，選定水質(zhì)參數(shù)，采用一定的控制算法，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)

6、參數(shù)的有效控制，使出水的電導(dǎo)率和pH值達(dá)到指標(biāo)要求。目前，針對(duì)除鹽水反滲透控制系統(tǒng)，很多控制算法被研究和應(yīng)用。(1)常規(guī)PID控制常規(guī)PID控制可以不用導(dǎo)出被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，而從經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際調(diào)試中大致確定控制的參數(shù)，故此在設(shè)計(jì)數(shù)字控制器時(shí)能夠利用常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)規(guī)律，離散化簡(jiǎn)化數(shù)字控制器設(shè)計(jì)。常規(guī)PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制過程是:具有參數(shù)可調(diào)的PID算法根據(jù)設(shè)定值和過程反饋?zhàn)兞枯斎胫g的誤差，經(jīng)運(yùn)算后把輸出信號(hào)傳送給輸出附加程序，再輸出給控制機(jī)構(gòu)。 在連續(xù)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，不論是閉環(huán)控制還是其它類型的復(fù)雜控制，最為常用的控制方法仍然采用常規(guī)PID控制方法，或者是以常規(guī)PID控制方法為基礎(chǔ)，再加上

7、其它的復(fù)雜的，特殊的控制方法。(2)模糊自適應(yīng)控制 在除鹽水生產(chǎn)過程中，控制目標(biāo)是使除鹽水的電導(dǎo)率和pH值控制在一定范圍。這是非常典型的大延遲、非線性時(shí)變、多目標(biāo)系統(tǒng)，反應(yīng)復(fù)雜，難以建立模型。對(duì)它的控制，一直是國內(nèi)外除鹽水生產(chǎn)行業(yè)的難點(diǎn)。針對(duì)以上特點(diǎn)，有科研人員提出了以分階、預(yù)測(cè)、自校正為研究基礎(chǔ)的模糊控制方案。具體方法為:離線建立模糊控制規(guī)則，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，自學(xué)習(xí)校正控制規(guī)則。(3) Fuzzy-PID復(fù)合控制模糊控制具有很多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于難以建立精確的數(shù)學(xué)模型、非線性和大滯后的過程特別適合應(yīng)用，但在應(yīng)用中也存在一些問題。例如，基本模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能較差。由于基本模糊控制器相當(dāng)

8、于一種非線性PID控制器，缺少積分作用，因此系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不能有效消除。為此，有科研人員嘗試將模糊控制(Fuzzy)與PID控制結(jié)合在一起。當(dāng)系統(tǒng)偏差較小時(shí)，采用傳統(tǒng)的PID控制方法，因?yàn)镻ID控制的穩(wěn)態(tài)精度較高。而當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)的偏差較大時(shí)，則切換采用模糊控制，因?yàn)榉蔷€性、大干擾的情況由模糊控制來實(shí)現(xiàn)更為現(xiàn)實(shí)。 (4)專家控制 美國等發(fā)達(dá)國家于90年代初開始研究在除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)中采用專家系統(tǒng)智能控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)除鹽水生產(chǎn)中的pH控制，取得了相當(dāng)有效成果。國內(nèi)研究者于1993年起，也開始了專家智能pH控制系統(tǒng)的研究，并在除鹽水生產(chǎn)方面取得初步推廣應(yīng)用。 (5)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

9、的研究復(fù)興而發(fā)展起來的，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種有效的結(jié)合，目前各國學(xué)者正致力于將其用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)性，對(duì)大滯后、非線性系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制，較傳統(tǒng)控制方法有明顯的優(yōu)勢(shì)。把這一方法應(yīng)用于除鹽水生產(chǎn)中，目前處于探索研究階段。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，除鹽水生產(chǎn)過程控制已經(jīng)可以通過計(jì)算機(jī)控制，并完成遠(yuǎn)程監(jiān)控，信息化管理，使整個(gè)生產(chǎn)流程達(dá)到自動(dòng)化控制。在除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)化程度后，生產(chǎn)效率，生產(chǎn)能力和生產(chǎn)質(zhì)量都得到有效提高，同時(shí)人工成本，設(shè)備損耗等也顯著降低。雖然現(xiàn)今除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，但是，總體控制水平

10、仍然不高，所以，設(shè)計(jì)出高效、低成本的控制方案并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，仍是目前有待于提高的方面，同時(shí)這樣的控制方案還要適應(yīng)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)水平，并考慮以后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)低投入，易改造的需求。1.3本文主要工作 針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有的除鹽水自動(dòng)控制系統(tǒng)還處于常規(guī)PID控制的現(xiàn)狀，本文將著重設(shè)計(jì)一套電導(dǎo)率和pH值都參與控制的除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。以下是本文的主要工作內(nèi)容: (1)介紹除鹽水工藝，發(fā)展歷程，除鹽水生產(chǎn)過程控制中的主要問題和特點(diǎn)，以及對(duì)除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的意義，分析了國內(nèi)外對(duì)電導(dǎo)率和pH值參數(shù)控制現(xiàn)狀和存在的問題，確立除鹽水電導(dǎo)率和pH值為被控參數(shù)和相應(yīng)的控制指標(biāo)。 (2)對(duì)除鹽水生產(chǎn)過程控

11、制系統(tǒng)的軟，硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行選擇和比較。 (3)針對(duì)電導(dǎo)率和pH值控制具有線滯后，非線性，時(shí)變性，而且無法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，采用PLC結(jié)合模糊控制，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)和模擬仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較。 (4)對(duì)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了編程調(diào)試，并于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，對(duì)改進(jìn)后的應(yīng)用情況與原生產(chǎn)情況進(jìn)行比較，分析得到了較好的效果。2除鹽水生產(chǎn)過程中的工藝和所暴漏出的問題2. 1工藝流程介紹 本文所設(shè)計(jì)的某鋼廠除鹽水生產(chǎn)工藝流程如下: 生水進(jìn)入生水緩沖水箱，經(jīng)生水泵送到雙機(jī)雙室機(jī)械過濾器，除去水中余氯和有機(jī)物，降低生水濁度，再將水送入固定床鈉離子過濾器，經(jīng)

12、固定床鈉離子過濾器除去鈣、鎂離子后的軟水送出至脫碳塔，除去滲透至清水的co2氣體，為了防止低溫時(shí)降低產(chǎn)水量，北方冬天時(shí)，會(huì)再經(jīng)過加熱器將清水加熱到25左右后，達(dá)到反滲透主機(jī)的水質(zhì)要求，進(jìn)入反滲透主機(jī)，反滲透系統(tǒng)將生產(chǎn)的除鹽水送至用戶，而產(chǎn)生的廢水，即反滲透濃水重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)中，不能被利用的部分，外排。另外輔以雙機(jī)雙室機(jī)械過濾器反洗，固定床鈉離子過濾器再生，超濾系統(tǒng)反洗，反滲透膜反洗等設(shè)備，進(jìn)行除鹽水生產(chǎn)。 在整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中，主要有以下設(shè)備:生水箱、生水加壓泵、雙機(jī)雙室機(jī)械過濾器(石英砂過濾器)、固定床鈉離子過濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、pH值控制系統(tǒng)等。 （1）生水箱水箱配置高水位浮球

13、閥和低水位液位開關(guān)。其具備了可靠性高，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)水位處于高位時(shí)，浮球閥關(guān)閉，停止進(jìn)水。水位處于低水位時(shí)，高水位浮球閥打開，開始向水箱注水。同時(shí)，低水位液位開關(guān)斷開，生水加壓泵停止工作。 (2)生水加壓泵 四臺(tái)工頻泵，二用二備配置，當(dāng)選用遠(yuǎn)程自動(dòng)控制時(shí)，任一臺(tái)運(yùn)行泵故障后，備用泵有一臺(tái)自動(dòng)投入運(yùn)行，泵后閥門隨泵運(yùn)行。 (3)雙機(jī)雙室機(jī)械過濾器 八臺(tái)雙機(jī)雙室過濾器同時(shí)運(yùn)行，每隔8小時(shí)，其中一臺(tái)參與反洗，當(dāng)反洗過濾器反洗結(jié)束后，投入到過濾狀態(tài)，其它到達(dá)反洗時(shí)間的過濾器依次投入反洗。所有過濾器的過濾及反洗狀態(tài)都為自動(dòng)控制，如遇故障情況，由操作員切換到手動(dòng)操作模式，進(jìn)行維護(hù)。

14、如果過濾狀態(tài)的過濾器數(shù)目低于四臺(tái)時(shí)，提示重故障報(bào)警，由操作人員進(jìn)行干預(yù)操作。 (4)固定床鈉離子過濾系統(tǒng)八臺(tái)固定床鈉離子過濾器同時(shí)運(yùn)行，每隔8小時(shí)或者蝕度大于設(shè)定值時(shí)，其中一臺(tái)參與再生，當(dāng)反洗過濾器反洗結(jié)束后，投入到過濾狀態(tài)，其它到達(dá)反洗時(shí)間的過濾器依次投入再生。所有過濾器的過濾及再生狀態(tài)都為自動(dòng)控制，如遇故障情況，由操作員切換到手動(dòng)操作模式，進(jìn)行維護(hù)。如果過濾狀態(tài)的過濾器數(shù)目低于四臺(tái)時(shí)，提示重故障報(bào)警，由操作人員進(jìn)行干預(yù)操作。 固定床鈉離子過濾器的反洗部分由濃鹽池;濃鹽泵;鹽過濾器;稀鹽池;稀鹽泵這些設(shè)備組成。 濃鹽泵:兩臺(tái)水泵一用一備，一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)自動(dòng)投入運(yùn)行。泵后閥門隨泵運(yùn)行。主要

15、起到對(duì)將濃鹽水注入鹽過濾器的用途。 鹽過濾器:對(duì)濃鹽水進(jìn)行過濾，達(dá)到去除鹽液雜質(zhì)的作用。兩臺(tái)鹽過濾器同時(shí)運(yùn)行，運(yùn)行8小時(shí)后，其中一臺(tái)進(jìn)行反洗，反洗后投入運(yùn)行。稀鹽泵:將稀鹽池中的合適濃度稀鹽液輸送到固定床鈉離子過濾器，為固定床鈉離子過濾器再生提供稀鹽液。兩臺(tái)稀鹽泵為一用一備，一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)自動(dòng)投入運(yùn)行。泵后閥門隨泵運(yùn)行。(5)超濾系統(tǒng) 四套超濾膜組件為自動(dòng)控制，同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)檢鋇到壓差過大時(shí)，該套超濾膜組件自動(dòng)投入反洗狀態(tài)，另三臺(tái)正常產(chǎn)水，待反洗結(jié)束后，投入產(chǎn)水狀態(tài)。超濾模組的供水由四套保安過濾器，四套超濾給水泵這些設(shè)備組成。四臺(tái)超濾給水泵獨(dú)立運(yùn)行，單獨(dú)為對(duì)應(yīng)的超濾膜組件提供供水任務(wù)。對(duì)就的

16、四套保安濾器，也與相對(duì)應(yīng)的膜組件同時(shí)工作。 反洗水箱為超濾膜組件提供反洗水，由反洗泵將反洗水送至超濾膜組件，當(dāng)超濾膜組件需要反洗時(shí)，反洗泵自動(dòng)啟動(dòng)，沒有超濾膜組件反洗時(shí)，則自動(dòng)停泵。 (6)反滲透系統(tǒng) 四套反滲透膜組件為自動(dòng)控制，同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到壓差過大時(shí)，該套反滲透膜組件自動(dòng)投入反洗狀態(tài)，另三臺(tái)正常產(chǎn)水，待反洗結(jié)束后，投入產(chǎn)水狀態(tài)。反滲透產(chǎn)生的濃水的外排量由外排調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，根據(jù)電導(dǎo)率檢測(cè)儀檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，對(duì)濃水外排調(diào)節(jié)閥進(jìn)行精確控制，沒有外排的反滲透濃水，進(jìn)入反透濃水箱，進(jìn)行再次利用。 反滲透模組的供水由除CO2風(fēng)機(jī)，換熱器，四臺(tái)保安過濾器，四套反滲透高壓供水泵這些設(shè)備組成。 除CO2風(fēng)

17、機(jī)為手動(dòng)控制，長(zhǎng)期運(yùn)行，當(dāng)故障時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。 換熱器可設(shè)為自動(dòng)控制，通過對(duì)蒸汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，將水溫控制在25 。當(dāng)夏季氣溫高于25時(shí)，直接通過換熱器旁路閥為反滲透系統(tǒng)供水。 四套保安過濾器單獨(dú)運(yùn)行，與對(duì)應(yīng)的反滲透膜組件同時(shí)工作。四臺(tái)反滲透高壓供水泵為獨(dú)立運(yùn)行，自動(dòng)為對(duì)應(yīng)的反滲透膜組件供水。泵后閥門隨泵自動(dòng)運(yùn)行。 (7) pH值控制系統(tǒng) 液氨水箱內(nèi)設(shè)有液位檢測(cè)，當(dāng)液位過低時(shí)，發(fā)生報(bào)警，由操作員打開閥門，注入己經(jīng)配置好的氨水。 兩臺(tái)pH計(jì)量泵為自動(dòng)控制，一用一備，根據(jù)pH值測(cè)量?jī)x測(cè)得的管道除鹽水pH值，進(jìn)行精確控制。具體生產(chǎn)流程如圖2.1所示。外排調(diào)節(jié)閥生水箱生水泵機(jī)械過濾器鈉離子過濾器2

18、00軟水箱超濾系統(tǒng)軟水加壓泵除碳風(fēng)機(jī)熱交換器反滲透系統(tǒng)150平方米除鹽水箱除鹽水泵PH值檢測(cè)儀電導(dǎo)率檢測(cè)儀反滲透濃水箱濃鹽池濃鹽泵鹽過濾器稀鹽池稀鹽泵液氮箱計(jì)量泵除鹽水生產(chǎn)工藝流程圖2. 2除鹽水生產(chǎn)過程所暴漏出的問題以及特征 在化工廠行業(yè)生產(chǎn)中，除鹽水主要起用于煉鋼、煉鐵、連鑄等單元關(guān)鍵設(shè)備的冷卻以及鍋爐、蓄熱器補(bǔ)等給水，這些設(shè)備對(duì)水質(zhì)的要求很高，如果水質(zhì)無法達(dá)到要求，就有可能造成生產(chǎn)損失，以及安全事故。在水質(zhì)要求中，有兩個(gè)重要指標(biāo)，一是出水的電導(dǎo)率，二是出水PH值。 (1)對(duì)于出水電導(dǎo)率的控制，主要是使預(yù)脫鹽水電導(dǎo)率穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，不至于因水質(zhì)差異造成預(yù)脫鹽水的水質(zhì)波動(dòng)。 除鹽水生產(chǎn)過

19、程中，反滲透系統(tǒng)中產(chǎn)生的反滲透濃水一部分外排，另一部分回流至反滲透濃水箱，與生水混合，作為預(yù)脫鹽水再次利用。因?yàn)樯乃|(zhì)隨著季節(jié)和溫度等因素的變化，一直處于實(shí)時(shí)變化的狀態(tài)，這樣，反滲透濃水回流量的大小，也就起到了調(diào)節(jié)預(yù)脫鹽水電導(dǎo)率的作用。在正常生產(chǎn)情況下，反滲透濃水的產(chǎn)生總量基本穩(wěn)定，外排調(diào)節(jié)閥開度的大小，決定了回流量的大小。但從反滲透濃水進(jìn)入反滲透濃水箱與生水棍合，直到除鹽水產(chǎn)生，是一個(gè)大滯后的過程，不管控制作用如何，在滯后的這個(gè)階段，過程變量對(duì)控制作用的響應(yīng)是不可預(yù)測(cè)的。而且還有的問題是，時(shí)間的滯后造成了控制信號(hào)不能迅速的對(duì)過程變量的輸出進(jìn)行干預(yù)，這就相當(dāng)于在滯后的這段時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的反饋

20、作用根本是無效的，而信號(hào)的反饋是除鹽水自動(dòng)控制所必需得到的信息，如果無法得到合適的反饋信號(hào)，就可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)，更有甚者可能會(huì)使系統(tǒng)控制失效。 (2)對(duì)于出水pH值的控制，主要是要將出水pH值快速穩(wěn)定的控制在給定指標(biāo)范圍內(nèi)，不會(huì)因?yàn)榱髁?、溫度以及水中游離C02的變化等對(duì)控制造成大的影響。 除鹽水pH值的控制，就是將一定濃度的氨水通過計(jì)量泵輸入除鹽水管道中，與除鹽水中的酸性物質(zhì)(主要是C02)進(jìn)行反應(yīng)，從而改變除鹽水的pH值。但由于酸堿中和反應(yīng)的特點(diǎn)，決定了氨水的加入量與除鹽水pH的變化不是線性的，當(dāng)除鹽水pH值處于中和點(diǎn)(pH=7)邊緣時(shí)，酸堿中和反應(yīng)的pH值會(huì)產(chǎn)生突躍，而由于通過陰、陽

21、離子交換器后的除鹽水，其中的陰、陽離子已經(jīng)基本上全部除去，其pH值已經(jīng)接近純水，所以，即使在其中加入很少的氨水，也會(huì)導(dǎo)致pH值發(fā)生很大的變化，相反，當(dāng)pH值離中和點(diǎn)很遠(yuǎn)時(shí)，即使加入大量的氨水，pH值變化也不會(huì)發(fā)生很大變化，對(duì)于這樣一種典型的非線性系統(tǒng)，準(zhǔn)確控制加氨量，是一個(gè)非常困難的問題由于除鹽水供水流量及除碳風(fēng)機(jī)對(duì)CO:的清除量經(jīng)常發(fā)生變化，所以除鹽水pH值控制又具有時(shí)變性。酸堿中和，以及pH值檢測(cè)都是一個(gè)滯后的過程，這也決定了pH值控制具有滯后性。針對(duì)以上幾點(diǎn)，除鹽水的控制很難建立一個(gè)良好的數(shù)學(xué)模型，也很難通過常規(guī)PID來控制。3除鹽水生產(chǎn)過程中系統(tǒng)硬件平臺(tái)規(guī)劃3. 1硬件平臺(tái)所需要具備的

22、條件早期傳統(tǒng)的除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)主要是采用繼電器控制電路，利用現(xiàn)場(chǎng)控制箱上的按鈕、轉(zhuǎn)換開頭等對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟/停，開/關(guān)等操作，通過指示燈、指示儀表等來顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，并利用PID調(diào)節(jié)儀表來控制溫度，壓力，流量等。早期控制系統(tǒng)中的繼電器控制電路，主要是由硬件接線，在工程師設(shè)計(jì)出電路后，施工人員將繼電器機(jī)械觸點(diǎn)按照電路圖進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)等方式組成控制輯，但由這樣的系統(tǒng)連線多且復(fù)雜，整個(gè)系統(tǒng)體積龐大，系統(tǒng)一旦構(gòu)成后，如果想要改變方案或者增加功能，都是一件很困難的事。另外，一個(gè)繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量是固定的，要想擴(kuò)展系統(tǒng)，就得增加繼電器或者增加輔助觸點(diǎn)，這就造成系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性很差。從工作原理上來看

23、，在采用繼電器控制的電路中，當(dāng)電源開關(guān)接通時(shí)，電路中的所有繼電器都在控制狀態(tài)，設(shè)計(jì)中應(yīng)該吸合的繼電器基本上都同時(shí)吸合，而不該吸合的繼電器因?yàn)槭艿侥撤N條件限制就不能吸合，如果沒有足夠多的時(shí)間繼電器的話，這種工作原理就不能免使受控繼電器的動(dòng)作依次動(dòng)作。從控制可靠性來看，繼電器控制系統(tǒng)全部依靠繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，而由于繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的開關(guān)動(dòng)作一般都要幾十毫，并且繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)由于電流等原因還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，因此可靠性就大大降低。從可維護(hù)性上來看，由于采用繼電器控制電路的系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，需要大量的連線，而且由于繼電器機(jī)械觸點(diǎn)長(zhǎng)期開閉后存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作的

24、情況，所以就需要大量的維護(hù)工作，給維護(hù)人員造成很大的工作量。近十幾年來，隨著除鹽水生產(chǎn)工藝要求不斷提高，早期傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，由于前述缺點(diǎn)，早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需求。隨著PLC技術(shù)的快速發(fā)展，智能總線型儀表的大量應(yīng)用，除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)將主要采用現(xiàn)場(chǎng)總線、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和PLC組成的總線型的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)智能儀表、PLC和監(jiān)控設(shè)備之間通過一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)連接成現(xiàn)場(chǎng)總線控制。PLC，作為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的大腦，己經(jīng)越來越多的應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備上，取代了絕大部分傳統(tǒng)繼電器控制電路己經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。這是因?yàn)镻LC具有以下優(yōu)勢(shì):(1)功能強(qiáng)，性價(jià)比高即使一臺(tái)小型PLC，其內(nèi)部也會(huì)集成了成百上千

25、的可供工程師使用的編程元件，包括繼電器，計(jì)數(shù)器，計(jì)時(shí)器等，這些編程元件代替了繼電器控制電路中的元件，而且可以通過編程，可以實(shí)現(xiàn)繼電器控制電路中很難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜功能。因此，PLC控制電路不但功能比繼電器控制電路強(qiáng)，而且可以節(jié)省很多電路，具有很高的性價(jià)比。(2)硬件配套方便，用戶使用簡(jiǎn)單如今，常規(guī)的可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)該，市場(chǎng)上常用的可編程控制器己經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，同一品牌被分成不同的系列，配以不同的模塊，而且有品種齊全的各種型號(hào)，品牌的硬件裝置供設(shè)計(jì)人員選擇。設(shè)計(jì)人員可以對(duì)控制系統(tǒng)配置進(jìn)行靈活方便的選擇，用不同的系列，組成各種功能、各種規(guī)模的系統(tǒng)。對(duì)于裝配人員來說，可編程序控制器的在安裝和接線方

26、面十分方便，基本上連接外部接線都采用接線端子。最重要的是，可編程控制器的部分開關(guān)量輸出模塊具有很強(qiáng)的帶載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥甚至交流接觸器。(3) 可靠性高，抗干擾性強(qiáng) 繼電器控制電路中要使用大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器等。由于繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中，會(huì)出現(xiàn)接觸不良，最終造成電路出現(xiàn)故障，而在PLC系統(tǒng)中，中間繼電器和時(shí)間繼電器基本上都以軟件代替，只有與輸入和輸出有關(guān)的部分，才采用少量硬件，接線要比繼電器控制系統(tǒng)少很多，而且由于采用的硬件少，因此，由于硬件造成的故障也大為減少。由于各PLC廠家對(duì)硬件和軟件都采取了一系列抗干擾措施，使PLC具有很強(qiáng)的抗干擾性，平均無故障時(shí)

27、間己經(jīng)可以達(dá)到數(shù)萬小時(shí)，而且特殊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以直接用于電磁干擾強(qiáng)烈的工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)合。如今，PLC已經(jīng)被廣大用戶認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 (4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容易、安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便 由于PLC將繼電器控制系統(tǒng)中大部分的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等硬件用軟件功能替代了，就會(huì)使控制柜中控制電路的設(shè)計(jì)，硬件的安裝、接線等工作量有大幅的減少。相對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器控制電路，PLC用梯形圖程序替代時(shí)，一般使用順序控制設(shè)計(jì)方法。順序控制編程方法具有條理性，設(shè)計(jì)編程人員很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于軟件中繼電器的數(shù)量很多，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)可以大量使用，不需要多考慮輔助點(diǎn)的使用，因此比設(shè)計(jì)傳統(tǒng)繼電器控

28、制系統(tǒng)電路圖的工作量要少很多。 對(duì)于PLC程序，調(diào)試人員可以在出廠前模擬仿真，輸入信號(hào)用按鈕等來模擬，通過PLC模塊上的顯示或者軟件監(jiān)控來觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)，也可以提前做好監(jiān)控畫面，通過監(jiān)控畫面上做好的輸入輸出來監(jiān)控狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的出廠測(cè)試后，在現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試過程中，如果發(fā)現(xiàn)的問題，可以通過修改程序來就地解決，即使工藝有小的修改，也可以通過程序修改來即時(shí)調(diào)整，因此系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)少很多。 (5)編程簡(jiǎn)單 梯形圖是現(xiàn)今被最廣泛應(yīng)用的可編程序控制器的編程語言，在梯形圖中，電路符號(hào)和表達(dá)方式與傳統(tǒng)繼電器控制電路原理圖基本致，梯形圖語言在編程過程中形象直觀，易于掌握，對(duì)于熟悉傳統(tǒng)繼電器

29、控制電路圖的技術(shù)人員來說，只要花費(fèi)很少的時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并可以利用其用來編制程序。 (6)維護(hù)工作量少，維修方便現(xiàn)今的PLC的故障率己經(jīng)很低，并且軟件中已經(jīng)有較完善的自診斷功能。PLC或當(dāng)外部的輸入裝置或者執(zhí)行原件出現(xiàn)問題后，可以在PLC編程時(shí)，通過充分考慮故障信息，編制故障報(bào)警程序，以利于維護(hù)人員迅速的查明故障的原因，并通過修改程序或更換PLC模塊的方法來快速地排除故障，繼續(xù)生產(chǎn)。 (7)體積小，能耗低對(duì)于復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)，當(dāng)使用PLC后，中間繼電器和時(shí)間繼電器的使用量可以大大減少，一般小型PLC的體積都設(shè)計(jì)的比較小，對(duì)于空間要求比較嚴(yán)格的區(qū)域，可將箱時(shí)設(shè)計(jì)的很小，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)需求

30、。PLC系統(tǒng)的接線比傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的接線要少得多，有些廠家已經(jīng)提供快速接頭的方式，所以可以省下大量的接線，也就可以省出大量的端線位，使整個(gè)系統(tǒng)的體積減小。 (8)適應(yīng)科技發(fā)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊現(xiàn)今PLC系統(tǒng)已經(jīng)大量的實(shí)現(xiàn)與電腦及智能儀表等通過網(wǎng)絡(luò)連接，分散控制，集中管理。通過網(wǎng)絡(luò)控制后，就可以在遠(yuǎn)程顯示出實(shí)時(shí)的設(shè)備工作狀態(tài)，對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)管理和人員現(xiàn)場(chǎng)維修帶來很大的方便。 C9)提升產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品形象對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備的控制，如果采用傳統(tǒng)的繼電器控制電路，對(duì)設(shè)計(jì)人員來說，不但設(shè)計(jì)復(fù)雜程度增加，還容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，對(duì)裝配人員來說，不但大的線路接線難度，還讓產(chǎn)品顯得低端，因此現(xiàn)在復(fù)雜機(jī)械設(shè)備基本

31、上都采用PLC控制，有PLC控制的機(jī)械設(shè)備，品質(zhì)更有保證，同時(shí)，如果設(shè)計(jì)人員對(duì)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)募用?，也?huì)加大同行仿制難度。 (10)對(duì)機(jī)械設(shè)備升級(jí)提供方便 對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，在生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)面臨不能滿足使用需求的情況，這就要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，如果采用傳統(tǒng)繼電器控制的話，如果有大機(jī)械設(shè)備升級(jí)改造，基本上要把以前的控制電路報(bào)廢，但是如果采用PLC控制電路的話，只需要擴(kuò)展出相關(guān)的I/O點(diǎn)，增加適當(dāng)?shù)臋C(jī)架數(shù)，再由編程人員修改相關(guān)的控制程序就可以滿足生產(chǎn)需求了。對(duì)于與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表的數(shù)據(jù)采集，發(fā)展趨勢(shì)是采用現(xiàn)場(chǎng)總線型儀表，將數(shù)據(jù)采集傳輸至上位機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域中的一種底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，是將傳感器

32、采集數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的狀態(tài)與控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)目偩€系統(tǒng)，還可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)不同的自動(dòng)控制系統(tǒng)之間的通訊?，F(xiàn)場(chǎng)總線是一種數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。隨著自動(dòng)化控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也在近些年得到很多科研人員的重視，在高速發(fā)展的過程中，不同的組織和機(jī)構(gòu)先后提出多種不同的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，如由Siemens主導(dǎo)的Prof bus總線、現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)主導(dǎo)的FF總線、由埃施朗公司主導(dǎo)的LonWorks總線、由BOSCH公司主導(dǎo)的CAN總線、ROSEMOUNT公司主導(dǎo)的HART總線等。在現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展過程中，由于不同廠家側(cè)重的應(yīng)用場(chǎng)合不同，發(fā)展方向也分頭進(jìn)行，國際上沒有形

33、成一個(gè)統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，不同的現(xiàn)場(chǎng)總線在不同的場(chǎng)合和需求下發(fā)揮著各自的優(yōu)勢(shì)，所以在選擇系統(tǒng)所用的現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)，就要求設(shè)計(jì)人員要綜合考慮所應(yīng)用的場(chǎng)合，使所選擇的現(xiàn)場(chǎng)總線既能滿足現(xiàn)有系統(tǒng)的實(shí)際需求，又能夠?qū)ο到y(tǒng)以后的拓展和升級(jí)提供方便。在自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)，Siemens自動(dòng)化產(chǎn)品線的全面性以及產(chǎn)品的應(yīng)用的廣泛性，使Siemens公司主導(dǎo)的Profibus成為了目前世界上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一，多種控制方式都可以由Profibus總線同時(shí)實(shí)現(xiàn)，并且Profibus總線是很多儀器儀表廠家及智能設(shè)備廠家所首選的總線通訊模式，其開放性和可集成性使設(shè)計(jì)人員有很大的選擇余地，在長(zhǎng)期的發(fā)展中，Profib

34、us總線的可靠性高、可維護(hù)性得到大量設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可，廣泛的應(yīng)用也使其成本得到有效的控制，使其價(jià)格優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)明顯。所以本系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)儀表采用帶Profibus-DP接口的壓力傳感器、溫度傳感器等，變頻器也選Profibus-DP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。由于工業(yè)以太網(wǎng)具有全開放、成本低、帶寬高、應(yīng)用廣泛等無可爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì)，所以本系統(tǒng)的主站將采用工業(yè)以太網(wǎng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連的方式，不但可以節(jié)約成本，而且提高可靠性和速度。針對(duì)越來越多的遠(yuǎn)程訪問的需求，所以本系統(tǒng)將選用遠(yuǎn)程通訊技術(shù)。深圳賽遠(yuǎn)推出的SY系列遠(yuǎn)程通信技術(shù)產(chǎn)品，可以與具有以太網(wǎng)接口或串行端口的可編程控制器，人機(jī)界面和其他系統(tǒng)遠(yuǎn)程進(jìn)行在線下載程序，故障診斷和

35、維修等。SY系列通訊技術(shù)的產(chǎn)品只需要通過Internet，加上賽遠(yuǎn)公司的S-Link專有技術(shù)，通過工業(yè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程安全加密，并轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)遠(yuǎn)程控制之間的相互通信，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，程序的下載和在線診斷，維修等。賽遠(yuǎn)的SY-RSCM302通訊模塊，只要在有Internet的地方，就可以控制遠(yuǎn)程控制PLC，并且，通過匹配遠(yuǎn)程訪問的安全通信模塊，可以實(shí)現(xiàn)通過控制現(xiàn)場(chǎng)安裝的攝像頭，采集現(xiàn)場(chǎng)視頻，通過視頻，來操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，達(dá)到更直觀的控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的效果。經(jīng)過多年的應(yīng)用，SY-RSCM302在PLC等控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通訊方面，已經(jīng)得到了設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可，是一款具有可靠性和安全性的工業(yè)級(jí)的遠(yuǎn)程安全

36、通訊模塊。在安全方面，SY-RSCM302可以通過Internet建立專用S-Link網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會(huì)被攔截和破壞，并且SY-RSCM302支持Profinet, Ethernet. Ethernet/IP, MODBUS TCP等多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以廣泛的與多種可編程控制器與行網(wǎng)絡(luò)通訊。SY-RSCM302具有安全可靠，性價(jià)比高，體積小，能耗低，安裝方便的等多種優(yōu)點(diǎn)，是一款優(yōu)秀的遠(yuǎn)程通訊產(chǎn)品。所以本系統(tǒng)選用深圳賽遠(yuǎn)的SY-RSCM302為遠(yuǎn)程監(jiān)控的通訊模塊。 綜合以上信息，并對(duì)先進(jìn)除鹽水生產(chǎn)中對(duì)穩(wěn)定供水，集中控制，降低維護(hù)成本以及環(huán)保節(jié)能的工藝要求，該控制系統(tǒng)選擇工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

37、以工業(yè)以太網(wǎng)方式與Siemens57-400 PLC控制器連接，以ET-200M為從站，采用總線型檢測(cè)儀表和變頻器，并以SY-RSCM302為遠(yuǎn)程通訊模塊的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度，壓力，流量等的監(jiān)視和控制。這樣的系統(tǒng)具有開放性、分散性，在現(xiàn)場(chǎng)總線級(jí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量傳輸，信號(hào)傳送精度高，控制靈活性強(qiáng)，易于維護(hù)等特點(diǎn)，是今后除鹽水生產(chǎn)過程控制硬件系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。根據(jù)設(shè)計(jì)情況，I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)如表3.1所示。系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 D1 DO AI RI AO 915 224 162 63 14 根據(jù)統(tǒng)計(jì)出來的I/O點(diǎn)數(shù)，并按照現(xiàn)場(chǎng)需求15%余量的情況下做出硬件配置如表3.2所示。 系統(tǒng)硬件配置表 序號(hào)名稱類型描述

38、數(shù)量單位1S7-400機(jī)架6ES7400IJA010AA0 UR2用于中央控制器和擴(kuò)展單元，9槽1塊2S7-400電源6ES74070KA020AA0PS407電源模塊，120、230VAC輸入，10A1塊3S7-400處理器6ES74162XN050AB0CPU416-2,5.6MBRAM,24VDC,MPI/DP1塊4S7-400DP模塊6GK74435DX030XE0CP443-5擴(kuò)展型通訊處理器1塊5S7-400以太網(wǎng)模塊6GK74431EX200XE0CP443-1通訊處理器1塊6PS307電源模塊6ES73071KAO10AA0PS307，120/230VAC輸入24VDC輸出，1

39、0A1塊7IMI53-X接口模塊6ES71531AA030XB0ET 200M, IM153-I DP接口模塊16塊8開關(guān)量輸入模塊6ES73211BLOOOAAOSM321，32點(diǎn)輸入，24VDC65塊9開關(guān)量輸出模塊6ES73221BLOOOAAOSM322，32點(diǎn)輸出18塊10模擬量輸入模塊6ES73317KF020AB0SM331，8點(diǎn)輸入，9/12/14位分辨率23塊11熱電阻模塊6ES73317PFO10AB0SM331, 8點(diǎn)輸入，用于熱電阻9塊12模擬量輸出模塊6ES73325HFOOOABOSM332, 8點(diǎn)輸出2塊根據(jù)系統(tǒng)選擇及以上硬件配置，做出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖3.1所示。該

40、系統(tǒng)選用三臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其中一臺(tái)作為工程師站，兩臺(tái)作為操作員站，這三臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過交換機(jī)，用工業(yè)以太網(wǎng)與Siemens 57-400主站的以太網(wǎng)模塊相連，進(jìn)行通訊。遠(yuǎn)程I/O選用ET200M，通過Profibus-DP總線與Siemens 57-400主站的PLC自帶DP口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。四臺(tái)生水加壓泵由變頻器控制，直接通過DP總線連接至Siemens 57-400主站的DP模塊，這樣可以大大減少I/O模塊中AI AO模塊的數(shù)量，并且可以省略信號(hào)線，節(jié)約成本的同時(shí)，減少故障點(diǎn)。反滲透系統(tǒng)和PH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)都是采用單獨(dú)的S 7-200系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過EM277，利用DP總線與Sie

41、mens 57-400主站的DP模塊連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。流量計(jì)，壓力變送器，液位計(jì)等總線型儀器儀表，也是通過DP總線與Siemens 57-400主站的DP模塊連接，將相關(guān)的AI點(diǎn)全部省略，降低成本，提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。低壓泵，閥以及溫度傳感器等，其I/O與ET200M的I/O通過信號(hào)線連接，然后傳輸至Siemens S7-400主站，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。遠(yuǎn)程通訊方面，分別在主控室和工程師辦公室設(shè)置一臺(tái)SY-RSCM302模塊，兩臺(tái)模塊分別連接至Internet，在主控室內(nèi)的SY-RSCM302模塊的LAN端接入到主控室的交換機(jī)上，這樣在主控室內(nèi)的操作員將SY-RSCM302給電后，工程師就可以用工

42、程師辦公室內(nèi)的計(jì)算機(jī)，并通過賽遠(yuǎn)的SY-RCS軟件進(jìn)行設(shè)置網(wǎng)絡(luò)，可以達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的多臺(tái)PLC進(jìn)行監(jiān)控的目的。針對(duì)工程師無法及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，并且不在工程師辦公室的情況，賽遠(yuǎn)的SY-RCS軟件在本地沒有SY-RSCM302模塊的情況下，通過設(shè)置，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一臺(tái)PLC進(jìn)行監(jiān)控，臨時(shí)解決部分問題。圖3.1除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖3. 2硬件模擬平臺(tái)根據(jù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖以及硬件配置和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，搭建硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖3.2所示。在硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建中，將實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的兩臺(tái)DP總線型流量計(jì)，兩臺(tái)DP總線型壓力變送器，兩臺(tái)6SE70變頻器等總線設(shè)備連接至DP通訊模塊;將六套ET200M I/O機(jī)架連接至主站的S7

43、-400處理器自帶的DP接口上;將兩套低壓開關(guān)箱內(nèi)的斷路器，接觸器等信號(hào)接入ET200M的DI, DO模塊中;將兩套PT 100熱電阻接入ET200M的AI模塊中;將一臺(tái)調(diào)節(jié)閥的模擬量輸入輸出分別接入ET200M的AI, AO模塊中;將1#工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過交換機(jī)用工業(yè)以太網(wǎng)與57-400主站的處理器自帶的以太網(wǎng)接口連接，作用程序調(diào)試使用;將1# SY-RSCM302模塊的Lanl以太網(wǎng)接口連接至交換機(jī)上，與57-400處理器進(jìn)行通訊，Lang以太網(wǎng)接口Internet連接，將2# SY-RSCM302模塊的Lan1以太網(wǎng)接口連接至2#工業(yè)計(jì)算機(jī)上，Lang以太網(wǎng)接口與Internet連接，模

44、擬遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問功能。圖3. 2除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)圖4除鹽水生產(chǎn)過程控制規(guī)劃4. 1出水電導(dǎo)率控制器規(guī)劃 反滲透工藝流程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的控制過程。這是因?yàn)橛绊戇@個(gè)過程的因素很多，如生水取水地的地質(zhì)環(huán)境變化、季節(jié)變化以及生產(chǎn)過程中的溫度等等，這些因素對(duì)系統(tǒng)造成的影響難以掌握規(guī)律，所以對(duì)其進(jìn)行控制建模是非常困難的。為了回避控制建模比較困難的問題，可以根據(jù)除鹽水生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，并且通過模擬仿真來進(jìn)行驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一個(gè)二維模糊控制器，對(duì)除鹽水生產(chǎn)過程進(jìn)行模糊控制。在進(jìn)行模糊控制過程中，為了減小電導(dǎo)率檢鋇(所產(chǎn)生的誤差和有利于檢測(cè)變量的模糊化，將預(yù)脫鹽水的電導(dǎo)率作為模糊控制的

45、檢測(cè)對(duì)象。在除鹽水生產(chǎn)過程中，反滲透濃水的總流量，在正常生產(chǎn)情況下基本為一恒定值，而反滲透濃水一部分回到濃水箱，繼續(xù)使用，一部分直接排放，所以，只要控制排放流量的大小，就可以達(dá)到控制回到濃水箱濃鹽水量的目的。同時(shí)，控制了回用濃水量也就控制了濃水箱中反滲透濃鹽水與生水的混合量，反滲透濃水箱里的混合水作為反滲透進(jìn)水，其電導(dǎo)率對(duì)預(yù)脫鹽水電導(dǎo)率有直接影響。所以本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)反滲透濃鹽水排放調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，達(dá)到控制反滲透流量的目的。4.1.1模糊控制器介紹 模糊控制是將模糊系統(tǒng)理論與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段。在近些年來，模糊控制技術(shù)經(jīng)過科研人員的不斷探索，取

46、得了很多突破性的研究成果，很多研究成果也在實(shí)際應(yīng)用中被發(fā)展出來。 模糊控制的核心就是利用自然語言來描述被控制系統(tǒng)，利用模糊集合理論和模糊規(guī)則推理，將系統(tǒng)的模糊知識(shí)進(jìn)行擬人的知識(shí)處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的，以建模的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制。在控制過程中，以計(jì)算機(jī)語言描述人類知識(shí)，并把計(jì)算機(jī)語言表示成模糊規(guī)則或關(guān)系，通過推理、并利用現(xiàn)有知識(shí)庫，把某些知識(shí)與過程狀態(tài)結(jié)合起來，構(gòu)成一套最優(yōu)的模糊控制策略。在近幾年來，將模糊集合理論應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，得到了飛速的發(fā)展，對(duì)于一些時(shí)變的，非線性的的復(fù)雜系統(tǒng)，精確的數(shù)學(xué)模型無法建立，要想得到有效的控制，就可以利用智能化的模糊控制器。例如，在傳統(tǒng)工業(yè)的煉鋼，化工中，有些系

47、統(tǒng)基本難以得到精確的數(shù)學(xué)模型，而人文系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)，心理系統(tǒng)等，更是難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。但是，這些系統(tǒng)卻有大量的可以用語言來規(guī)定的性能指標(biāo)信息，這些重要的先驗(yàn)信息已能用定性的形式表示。同時(shí)，在這類系統(tǒng)中，操作人員在系統(tǒng)中起到重要作用，是這類系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，但是，由于只要有人作為組成部分，就具有不確定性，所以這樣的系統(tǒng)都具有不精確性，很難用常規(guī)的控制理論來實(shí)現(xiàn)控制。雖然此類系統(tǒng)很難用常規(guī)的控制理論來實(shí)現(xiàn)控制，但是由系統(tǒng)中的操作人員來控制卻是容易做到的，這是因?yàn)椴僮魅藛T具有主觀的，長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)以及個(gè)人的思維，他們能夠這些，用語言或者自認(rèn)為適當(dāng)?shù)膶?duì)策來完成控制任務(wù)，于是，控制系統(tǒng)的設(shè)

48、計(jì)人員就利用這類系統(tǒng)中操作人員的長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，并運(yùn)用模糊集合理論，編制成能夠定性描述控制方法的程序，使控制定量化，來模仿系統(tǒng)操作人員的操作策略，由此，以模糊集合理論為基礎(chǔ)的模糊控制器就產(chǎn)生了。模糊控制理論是控制思想的一次深刻的變革，標(biāo)志著人工智能發(fā)展到了一個(gè)新的階段。 現(xiàn)今智能化控制領(lǐng)域中模糊控制是最具有發(fā)展前途的一種控制方法，在工業(yè)控制及其他的領(lǐng)域中，由于無法建模而難己通過傳統(tǒng)控制方法控制的系統(tǒng)，得到了解決，并且取得了很多的成效。由于模糊控制方法的優(yōu)越性，其已經(jīng)引起了越來越多研究人員和相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)開發(fā)人員的興趣。4. 1. 2電導(dǎo)率模糊控制器的規(guī)劃 (l)基本二維模糊控制器的設(shè)計(jì)系統(tǒng)根據(jù)

49、采樣周期進(jìn)行采樣，采集被控制對(duì)象的精確值，再比較所采集到的被控制對(duì)象的精確值和系統(tǒng)給定值，計(jì)算出控制量誤差e，再將控制量誤差e對(duì)時(shí)間進(jìn)行求導(dǎo)，計(jì)算出控制量誤差變化率e，然后，再把控制量誤差。和控制量誤差變化率e。分別模糊量化成誤差模糊值E和誤差變化率模糊值E。而后根據(jù)模糊控制表，查出模糊控制量U，再將模糊控制量U解模糊化，得到系統(tǒng)控制量u，將u送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，后中斷等待下一次采樣。重復(fù)上述過程，通過循環(huán)來模糊控制被系統(tǒng)控制的對(duì)象?；径S模糊控制器功能圖見圖4.10KE模糊控制器KU執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象d/dtkec在線控制圖4. 1基本二維模糊控制器的功能圖 ( 2 ) Bang-Bang

50、控制當(dāng)模糊控制器的控制在給定值的增減大幅度變化或者反饋值的擾動(dòng)較大時(shí)，誤差的變化量就會(huì)較大，即誤差絕對(duì)值較大。時(shí)間最優(yōu)控制策略，Bang-Bang控制策略可以解決當(dāng)誤差絕對(duì)值足夠大時(shí)，模糊控制的輸出就不能夠及時(shí)消除誤差，Bang-Bang控制的過程為:當(dāng)預(yù)除鹽水電導(dǎo)率大于一定限度時(shí)，就將控制濃鹽水排放的調(diào)節(jié)閥開度設(shè)為100%，從而快速增大濃鹽水的排放量。而當(dāng)預(yù)除鹽水電導(dǎo)率小于一定限度時(shí)，就將控制濃鹽水排放的調(diào)節(jié)閥開度設(shè)為0%，從而快速減小濃鹽水的排放量。(3)采樣周期智能選擇 對(duì)于任何一個(gè)系統(tǒng)，處理數(shù)據(jù)的能力都是有限的，這就要求采集數(shù)據(jù)要有適當(dāng)?shù)倪x擇，如果過度采集無用數(shù)據(jù)，就會(huì)加大處理器的負(fù)荷

51、。為了盡量不采集無用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采樣周期就要智能化，當(dāng)控制量的誤差絕對(duì)值較大時(shí)，數(shù)據(jù)采集就要頻繁些，反之誤差絕對(duì)值較小時(shí)，系統(tǒng)已處于穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)數(shù)據(jù)采集周期就要加長(zhǎng)，以減少無用數(shù)據(jù)過多占用處理器。4. 1.3電導(dǎo)率模糊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) （1)控制系統(tǒng)、檢測(cè)儀器和執(zhí)行元件的選擇 本系統(tǒng)采用西門子57-300系列PLC，選用CPU-314處理器，EM235通訊模塊，配置若干輸入/輸出模塊的方式。電導(dǎo)儀采用METTLER TOLEDO公司生產(chǎn)的SevenGopro-SG7型電導(dǎo)儀，該電導(dǎo)儀量程為02000 cm，誤差士1%，有標(biāo)準(zhǔn)的4 20mA電流輸出，并且有Profibus-DP總線接口，可以通過總線來

52、傳輸數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)的控制中，通過基本二維模糊控制器，輸出一組采樣周期固定的脈沖，來控制濃鹽水排放調(diào)節(jié)閥，達(dá)到調(diào)整濃鹽水排放流量的目的。 (2)變量處理 對(duì)誤差e和誤差變化率ec進(jìn)行模糊化根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值并結(jié)合除鹽水生產(chǎn)工藝和實(shí)際生產(chǎn)的要求，確定控制給定值為G=750 s /cm。誤差e的模糊區(qū)域確定在-30+30s /cm，把誤差。模糊化為E分為7檔為-3+3。誤差變化率ec的模糊區(qū)域確定在-60+60s /cm，把誤差變化率ec模糊化的ec也分為7檔為-3 +3。模糊化過程按下以下公式進(jìn)行: (4.1) (4.2) (注INT為取整函數(shù)) 控制輸出量u的處理根據(jù)模糊控制表中的e、ec模糊控制器輸出模

53、糊控制量U，再把模糊控制量U解模糊化得到控制量u，對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行控制。選定脈沖周期t= 20s，則控制量u可按以下公式計(jì)算: (4.3)(3)模糊控制的實(shí)現(xiàn)通過查表法來實(shí)現(xiàn)模糊控制，模糊控制表是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求以及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定的，通過編程人員對(duì)編程模糊控制表進(jìn)行編程，并將其存儲(chǔ)于程序塊，以備程序查詢。模糊控制表見表4.1。模糊控制表3210123-33332211-23221110-1222101202110112121111222011122331122233 (4) Bang-Bang控制的實(shí)現(xiàn) 設(shè)定時(shí)，控制系統(tǒng)采用Bang-Bang控制策略，當(dāng)加入Bang-Bang控制后，模糊控制器的輸

54、出如以下公式: (4.4) (5)實(shí)現(xiàn)采樣周期智能化選擇采樣周期對(duì)系統(tǒng)有效數(shù)據(jù)的采集量十分重要，一個(gè)智能的采樣周期，可以有效提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力。采取仿人智能化采樣周期選擇，根據(jù)誤差模糊值E把采樣周期分為T3, T2, T1三種，按下式進(jìn)行周期數(shù)據(jù)采樣。 （4.5）(6)模糊控制器的總體實(shí)現(xiàn)模糊控制的總體實(shí)現(xiàn)方塊圖見圖4.2 0KE模糊控制器KU執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象d/dtkec在線控制采用周期智能選擇Bang-Bang控制圖4. 2模糊控制的總體實(shí)現(xiàn)方塊圖4.1.4仿真結(jié)論按照工程經(jīng)驗(yàn)，除鹽水電導(dǎo)率的數(shù)學(xué)模型可以近似為: (4.6)其中:B為透量，A為電導(dǎo)率模型常數(shù)，T為系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。 利用M

55、atlab仿真工具，分別用PID控制法和模糊控制法對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。模型參數(shù)分別為B=30, A=1.5, T-=60, =30。得到的電導(dǎo)率控制系統(tǒng)仿真對(duì)比圖如圖4.3所示。 PID控制法參數(shù)選取為:=5，=180s, =100s。 模糊控制法參數(shù)選取按表4.1。 從對(duì)比圖可以看出，Pm控制法得到波形相對(duì)穩(wěn)定，但是波形峰值相對(duì)較大，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，而模糊控制法所得到的波形峰值較小，超調(diào)量很小，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。從此看出，只要有合適的模糊控制表，模糊控制法要優(yōu)于傳統(tǒng)的Pm控制法。4. 2出水pH值數(shù)值控制器的策劃針對(duì)除鹽水pH值控制系統(tǒng)，常規(guī)PID、模糊自適應(yīng)Pm以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Pm等很多控制算法被研究和應(yīng)用，但是PID控制對(duì)已經(jīng)確立精確數(shù)學(xué)模型的線性系統(tǒng)很適用，對(duì)除鹽水pH值控制系統(tǒng)這樣的非線性系統(tǒng)控制作用就不是十分穩(wěn)定。模糊控制系統(tǒng)的模糊控制表的參數(shù)設(shè)計(jì)依賴于生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，很難滿足完善的控制需求;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然具有