濕法脫硫真空皮帶機(jī)運(yùn)行控制分析與改進(jìn)

摘 要：介紹了真空皮帶機(jī)脫水過(guò)程的基本原理及其在石灰石-石膏濕法脫硫中的應(yīng)用情況；分析了PID控制真空皮帶機(jī)運(yùn)行原理；由于系統(tǒng)的滯后嚴(yán)重，采用模糊控制，并使系統(tǒng)的響應(yīng)得到了較好的改善，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果證明了理論的正確性。

關(guān)鍵詞：真空皮帶機(jī)；PID控制；變頻；模糊

1、真空皮帶機(jī)運(yùn)行控制分析與改進(jìn)

在脫水系統(tǒng)中，，每套真空皮帶脫水子系統(tǒng)裝有一就地控制柜，控制柜上設(shè)有皮帶電機(jī)手動(dòng)/遠(yuǎn)程、啟動(dòng)/停機(jī)、增速/減速運(yùn)行/跳閘和用于檢查其性能狀況指示燈測(cè)試開(kāi)關(guān)或按鈕。皮帶機(jī)的兩側(cè)各設(shè)計(jì)有一個(gè)皮帶跑偏、濾布跑偏、拉索安全開(kāi)關(guān)，在真空箱密封水管道和皮帶潤(rùn)滑水管道上裝設(shè)有3個(gè)流量開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)信號(hào)均作為在DCS系統(tǒng)中啟動(dòng)或停機(jī)的聯(lián)鎖條件，如果運(yùn)行過(guò)程中，任何一個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，并且一直保持存在著動(dòng)作的狀態(tài)，則控制回路設(shè)計(jì)時(shí)間延時(shí)5S皮帶機(jī)的保護(hù)回路動(dòng)作，DCS回路送出跳閘信號(hào)，停脫水皮帶機(jī)。

在真空皮帶機(jī)運(yùn)行啟動(dòng)前各設(shè)備的狀態(tài)及各開(kāi)關(guān)信號(hào)的狀態(tài)必須處于正確位置，即啟動(dòng)前拉索安全開(kāi)關(guān)、皮帶，濾布跑偏開(kāi)關(guān)必須處于正常復(fù)位狀態(tài)，同時(shí)變頻器不能處于故障狀態(tài)以及皮帶潤(rùn)滑油/真空箱密封水流量必須高于“低”設(shè)定點(diǎn)，當(dāng)DCS操作員在遠(yuǎn)程模式啟動(dòng)皮帶程序時(shí)，脫水機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將自動(dòng)啟動(dòng)。在真空脫水皮帶機(jī)控制系統(tǒng)中，一般的真空脫水變頻控制思路是：現(xiàn)場(chǎng)操作人員可從DCS操作站給真空皮帶機(jī)變頻傳動(dòng)控制下達(dá)石膏厚度設(shè)定值，同時(shí)超聲波測(cè)厚儀向DCS反饋實(shí)際值，這樣就形成了一個(gè)自動(dòng)閉環(huán)控制調(diào)節(jié)回路（見(jiàn)圖二）。在真空皮帶機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，皮帶脫水機(jī)速度可連續(xù)調(diào)整以維持皮帶上方石膏餅的厚度，石膏餅厚度減少，則速度降低，厚度增大則速度提高[2]。實(shí)踐證明，實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)存在嚴(yán)重滯后，采用常規(guī)的PID控制，其效果并不理想。本文設(shè)計(jì)出了模糊控制器，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了改進(jìn)。

2. 基于常規(guī)PID控制的真空皮帶機(jī)運(yùn)行

PID控制作為傳統(tǒng)的控制方法，由于其簡(jiǎn)單有效，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過(guò)程控制中，盡管現(xiàn)今提出了各種現(xiàn)代控制理論，其理論效果很完美，但卻很難普遍應(yīng)用于實(shí)際。PID控制是根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值之間的偏差經(jīng)過(guò)比例、積分、微分計(jì)算來(lái)得到輸出值，并將該值輸出到執(zhí)行器上。PID控制的算法可以表示為：

（3-1）

式中，u（t）為PID算法的輸出；e（t）為輸入偏差；Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)。

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)里，PID算法的實(shí)現(xiàn)形式主要有以下兩種：

（1） 位置式

將式（3-1）離散化便可以得到在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的數(shù)字PID位置式算法：

（3-2）

式中，Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù)。

（2）增量式

將第k個(gè)采樣周期的算法輸出與第k-1個(gè)采樣周期輸出相減，經(jīng)整理后便得到：

（3-3）

增量式算法與位置算法本質(zhì)上無(wú)大區(qū)別，但卻帶來(lái)不少的優(yōu)點(diǎn)：算式中不需要累加，控制增量Δu（k）的確定僅與最近3次的采樣值有關(guān)，容易通過(guò)加權(quán)處理獲得比較好的控制效果；計(jì)算機(jī)每次只輸出控制增量，即對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化量，故機(jī)器發(fā)生故障時(shí)影響范圍小、不會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)過(guò)程；手動(dòng)—自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，當(dāng)控制從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，可以作到無(wú)憂切換。

3. 基于模糊控制的真空皮帶機(jī)運(yùn)行

采用模糊控制算法進(jìn)行真空皮帶機(jī)運(yùn)行控制能較好地克服控制對(duì)象的純滯后問(wèn)題，提高控制精度。真空皮帶機(jī)運(yùn)行模糊控制系統(tǒng)一般可分為五個(gè)組成部分，如圖3-2所示：1）模糊控制器，是各類自動(dòng)控制系統(tǒng)中的核心部分。2）輸入/輸出接口。模糊控制器通過(guò)輸入/輸出接口從被控制對(duì)象獲取數(shù)字信號(hào)量，并將模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，然后送給被控對(duì)象。在I/O接口裝置中，除A/D、D/A轉(zhuǎn)換外，還包括必要的電平轉(zhuǎn)換電路。3）真空皮帶機(jī)變頻器。用來(lái)調(diào)節(jié)真空皮帶機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。4）被控對(duì)象。真空皮帶機(jī)的運(yùn)行難以建立精確數(shù)學(xué)模型，更適宜采用模糊控制。5）超聲波測(cè)厚儀傳感器。傳感器是將被控對(duì)象或過(guò)程的被控量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類裝置。

針對(duì)皮帶機(jī)脫水的特性，選擇對(duì)控制過(guò)程中影響最大的厚度偏差e及偏差變化率de作為輸入，構(gòu)成二維模糊控制，e=r-y，其中r表示參考輸入石膏厚度，y表示系統(tǒng)輸出實(shí)際石膏厚度，de=et-et-1其中et為t時(shí)刻的輸出誤差，et-1為t-1時(shí)刻的輸出誤差。輸出為真空皮帶機(jī)的頻率u，刻劃偏差e與偏差變化de和輸出u的語(yǔ)言項(xiàng)有：e或de為{負(fù)，零，正}={Negative，Zero，Positive}；u為{負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零，正小，正中，正大}={ZB，ZM，ZS，ZO，PS，PM，PB}。真空皮帶的厚度調(diào)節(jié)為了防止系統(tǒng)在自動(dòng)控制方式下出現(xiàn)振蕩發(fā)散的失控現(xiàn)象，當(dāng)厚度偏差的絕對(duì)值超過(guò)20mm時(shí)，系統(tǒng)控制切換到手動(dòng)調(diào)節(jié)方式下，并發(fā)出聲音報(bào)警[3]。因此厚度偏差e的基本論域可選中[-8，8]，厚度變化率de的基本論域?yàn)閇-2，2]。輸出變量u為真空皮帶頻率，其基本論域?yàn)閇15，40]。隸屬函數(shù)都取三角形，解模糊采用工業(yè)控制中廣泛使用的加權(quán)平均法。

4 結(jié)束語(yǔ)

石膏脫水系統(tǒng)是濕法脫硫系統(tǒng)重要的組成部分，關(guān)系到石膏的品質(zhì)、廢水的排放、以及脫硫綜合成本的高低，真空脫水皮帶機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是石膏脫水系統(tǒng)的有力保障。采用常規(guī)PID控制時(shí)，不能保證收斂與調(diào)節(jié)速度都能達(dá)到滿意的效果，實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度緩慢，有時(shí)出現(xiàn)振蕩失穩(wěn)。采用模糊控制時(shí)，效果得到了明顯的改善，對(duì)于較大的波動(dòng)都能夠較快的穩(wěn)定下來(lái)，穩(wěn)定性大為提高參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

張彥榮，山西大唐國(guó)際云岡熱電有限責(zé)任公司設(shè)備部脫硫點(diǎn)檢員。