基于专家控制器的水厂氯气投加串级控制系统研究

摘要

消毒是保证自来水质量最为关键的环节之一。目前在我国,最常用的消毒方式是投加氯气消毒,衡量消毒效果的最重要指标则为出厂水中的余氯含量。由于氯气投加消毒过程的影响因素很多,主要包括氯气投加浓度、清水池进水量、出厂水流量、清水池水位、滤后水水质等,再加上投加过程本身的大时延与时变性等特点,要想实现对其良好控制具有较大难度。同时,由于一些水厂建厂较早,基于各种现实的原因,缺乏相应的检测仪表,进一步增人了氯气投加控制的难度。对于这些水厂,通常采取人工投加控制的方式,控制性能往往不太理想,出厂水余氯波动较大。 本文针对氯气投加过程特点,设计了一套基于专家控制器的氯气投加串级控制方案,成功地解决了氯气投加过程中的诸多难点问题。首先通过研究余氯在清水池中的反应、混合、停留过程及其衰减规律,大致掌握了氯气投加过程的特性；然后通过软测量技术,利用滤池的阀门开度信号,实现了清水池进水量的间接测量；利用串级控制结构来实现对氯气投加不准的及时反馈修正,极大地克服了大时延对系统的影响；通过采用专家控制器作为系统的控制器,利用专家控制的自学习功能来克服清水池进水量突变、水质长期缓慢变化等扰动的影响,并通过一种有效的控制策略实现了对水质突变情况的良好处理。 工程上,利用上述控制方案,并通过选用在水处理行业有着众多成功应用先例的罗克韦尔公司系列产品,建立了基于PLC和组态技术的SCADA系统架构,成功地实现了对南京市北河口水厂新厂氯气投加工艺的实时监测与自动控制,并取得了非常良好的控制效果,保证了该厂出厂水余氯的合格率。此外,由于系统控制精度的提升,还实现了一定程度上降低氯耗的功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2氯气投加工艺简介

1.3研究现状

1.3.1国内外水厂消毒工艺现状

1.3.2氯气投加控制方法研究现状

1.4课题背景以及研究内容

第二章氯气投加工艺过程分析

2.1氯化消毒基本反应分析

2.2水体余氯衰减规律

2.2.1余氯衰减与时间的关系

2.2.2水质对耗氯量的影响

2.3氯气投加过程的影响因素与控制难点

2.3.1影响因素

2.3.2控制的主要难点

2.4水厂原人工加氯控制方式

2.4.1人工控制结构

2.4.2人工控制的不足

2.5水厂现有设备及其特点

第三章基于专家控制器的氯气投加串级控制方案

3.1串级控制

3.1.1采用串级控制的合理性

3.1.2副回路采样点的选取

3.2前馈-反馈控制的应用

3.2.1单纯反馈系统的不足

3.2.2前馈-反馈控制的优点

3.2.3前馈比例投加

3.2.4清水池进水量的估算及前馈补偿

3.3氯气投加专家控制

3.3.1专家控制理论基础

3.3.2氯气投加采用专家控制的合理性

3.3.3氯气投加专家控制系统结构

第四章氯气投加专家控制器的设计

4.1特征信息处理

4.1.1时延的辨识

4.1.2水质突变与流量突变的判定

4.1.3加氯机阀门开度与加氯量的对应关系

4.2系统的工作过程及控制策略

4.2.1入口余氯设定值的给定

4.2.2氯气投加浓度的计算

4.2.3出厂水余氯期望值的优化

4.3知识库的设计

4.4系统的推理机制

第五章控制系统的实现

5.1系统总体架构

5.1.1 SCADA系统介绍

5.1.2 SCADA系统架构方案

5.2系统应用软件的具体实现

5.2.1 RSLinx Gateway的配置

5.2.2 RSView32组态软件的配置

5.2.3系统监控界面的开发

5.2.4控制算法程序实现

5.2.5 PLC程序的编写

第六章实际应用效果与结论

6.1实际应用效果

6.1.1典型运行曲线

6.1.2自动投加与人工投加效果对比分析

6.2结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文