计算机控制应用实例.ppt

计算机智能控制系统及其应用 自控0804 李振宇 摘 要 根据高碑店污水处理厂污水处理生产工艺流程的特点和生产过程控制的要求，结合我国污水生产厂的实际情况，采用“EIC三电一体化”计算机集散控制技术，设计整个污水处理生产过程的分布式计算机控制系统。在此基础上，通过采用优化设定控制技术、自适应自整定PI控制技术等先进技术，解决城市污水生产过程控制中存在的大滞后、非线性、耦合等关键技术问题，实现污水提升、浮选加药、污泥脱水等污水处理生产过程的自动控制。 1. 概述 水污染问题是人类急需解决的迫切问题之一。相对其它工业过程，污水处理控制方法和控制手段都比较落后，多集中于简单的开关控制和PID控制，甚至采用人工手动操作方式，操作和运行稳定性差，出水指标波动较大，处理效率低，能源损耗大，很难达到优化节能。污水处理的总体水平与污水厂应用ICA（仪表、控制、自动化）程度有着密切关系[[i]]。 根据北京高碑店污水处理生产工艺流程的特点和生产过程控制的要求，结合该厂的实际情况设计了PC PLC分级分布式自动控制系统。本文阐述了系统整体体系结构和功能特点，并就控制过程中难点问题，给出了合理的自动化解决方案。　 　1.1 污水过程控制要求 　　污水处理厂的首要任务就是保证出水水质稳定、合格，达到国家规定的排污标准，同时尽量降低吨位水处理成本。在污水处理厂设计和运行操作过程中需要考虑以下几点： 　　（1） 生产率：改进操作方式，提高单元过程污水处理量的能力; 　　（2） 可靠性：降低过程故障发生率，特别是要保证干扰事件（干旱、暴雨）情况下污水处理过程正常运行; 　　（3） 稳定性：当过程出现高度稳定性时，偶尔的干扰可能对出水水质造成严重影响，但通过控制技术可以避免干旱、暴雨等事件的影响。 　　（4） 操作费用：减少化学药剂和能源消耗，降低生产成本。考虑收纳水体的动态特性，施加控制，匹配收纳水体的同化能力。 1.2 污水处理厂对自动控制系统的要求 　　城市污水处理厂的工艺过程和管理方式与其它工业过程相比存在较大的差别，而且控制和操作远未达到规范化和最优化。因此在进行计算机自动控制系统设计时必须针对过程的动态特点和控制要求才能使控制系统发挥理想的效果。污水处理厂对自动控制系统的要求主要有如下几点： 　　（1）要求计算机控制系统有良好的适应性 　　（2）要求计算机控制系统采用分布式结构，具有良好通讯能力 　　（3）要求计算机控制系统有良好的人机界面和良好的后备能力 　　（4）要求计算机控制系统有良好的开放性和统计、计算能力 　　（5）要求采用自动检测设备对水质等参数进行在线测量 　　（6）要求控制系统能够兼顾流程和单元控制 　　（7）要求计算机控制系统具有全面的故障诊断和报警记录能力 2. 计算机控制系统体系结构和功能 2.1 计算机控制系统总体结构 　　根据污水处理过程的工艺特点、控制要求，针对该厂投资少，占地小等具体特点，计算机控制系统采用了PC PLC分级分布式控制形式[[ii]]。在系统中采用就地操作站与主PLC相结合的控制结构，通过现场总线技术实现通讯处理达到节约投资、提高系统安全性、实现分布式控制思想的目的。系统总体结构体系分为三个层次： （1）上层：中央控制室计算机监控系统; （2）中间层：主PLC控制器作为中央控制单元; （3）下层：分布在浮选、污泥处理两个分控站的7个现场就地分控站。 中间层主PLC控制器通过ETHERNET与上层监控系统相连;下层现场控制单元PLC采集各设备的工作状态，并通过现场总线Genius BUS送给主PLC，主PLC完成对现场数据的处理、运算、连锁逻辑、PID控制等功能并向各分控站送出控制命令;同时与中控室计算机控制系统交换工艺、设备数据和控制命令。控制命令分送至各分控站后，通过输出模块输出至现场控制设备，完成控制过程。 2.2 自动化系统功能 　　在计算机控制方式下，系统功能主要包括以下几个方面： （1）数据采集和设备控制; （2）过程控制; （3）工艺过程监控。 如图2所示。设备与回路控制集成在一起进行控制，它构成了综合自动化系统中的过程控制级。电气设备的起动与停止可通过计算机屏幕上的软键实现，回路控制可实现自动闭环调节和软手动调节。控制参数的优化设定旨在基于污水处理生产目标的优化控制模型，运用先进的控制思想和控制技术，实现对过程控制级的优化设定及对过程监控级的操作指导。 图2 监控系统功能结构图 （1） 数据采集和设备控制级 　　数据采集主要实现工艺参数的实时检测，例如：污泥浓度、液位、浮选加药量、污泥脱水加药量、温度、PH值等工艺参数的采集、报警等功能。设备控制级主要实现逻辑控制和顺序控制，例如：主要电气设备启动、停止、联锁，设备状态报警等功能。 （2） 过程控制级