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1、974化工自动化及仪表第43卷污水处理湿式氧化实验系统的设计关士远(沈阳化工研究院设计工程有限公司,沈阳110021)摘要针对实验室小试系统对于污水处理成本和效果的要求,提出了基于GPC-PID串级控制算法的工控机加温控器的污水处理系统。GPC-PID串级控制算法的计算与数据处理能力强,系统调整容易,是解决实验室污水监控问题的合理方案。针对污水处理过程中污水成分不确定、污水量不确定的现象,GPC-PID控制效果比单纯的PID控制要好,且成本大幅降低。关键词污水处理系统湿式氧化法GPC-PID串级控制组态王中图分类号TH862文献标识码A文章编号1000-3932(20
2、16)09-0974-03目前,工业污水处理普遍采用的是基于PLC现控制方案对工业污水的动态跟踪处理。的DCS系统控制方案,但对于小系统来说这种控广义预测控制(GPC)算法是一种鲁棒性强、制方案成本较高,如小规模污水处理厂、实验室的能够有效克服系统滞后的先进控制算法,适用于[1,2]小试或中试系统,尤其对于实验室小试或中试系系统参数不确定的过程控制,因此工业污水统,DCS系统造价占总成本的比例较高,并且DCS处理可采用GPC-PID串级控制方案,即外环GPC系统一般采用PID控制,对于要求较高的污水处控制、内环PID控制,其中外环控制周期要大于内理指标该方案常不能满足
3、要求。环,外环控制周期一般为5min,内环一般为1min。湿式氧化法是一种使污水中悬浮或溶解的有然而,这种带有先进控制算法软件包的DCS系统机物在液相水存在的条件下进行高温、高压氧化成本仍旧较高。为此,笔者给出一个利用工控机反应的污水处理方法,该方法可用于高浓度工业和温控器的解决方案,即温度控制采用SR93温污水的处理。但是由于工业污水的组成随着生产度控制器,在工控机上安装自行开发的GPC算法车间的不同而不同,温度、压力等反应条件也不控制程序,以降低系统成本,提高污水处理质量。同,这样就需要根据具体工厂或车间的情况来确1系统总体控制策略①定工艺参数。同时,反应条件的改
4、变将导致动态1.1工艺流程系统模型改变,进而控制器也会随之改变,无法实工业污水处理工艺流程简图如图1所示。图1工艺流程简图可以看出,经过反应器处理后的污水会再次温度点TE201~TE216回到换热器2和换热器1中,这主要是为了充分压力点PT204~PT211利用反应热,实现节能降耗的目的。主反应器和1.2控制策略预热器用固态继电器控制其加热温度。主要的工在进行污水处理之前,实验人员首先需要对艺监控点布置如下:①收稿日期:2016-03-07(修改稿)第9期关士远.污水处理湿式氧化实验系统的设计975污水样品进行分析化验,确定污水组分,进而确定由于污水成分和污水量都是时
5、变的,导致污反应温度。污水处理过程中反应器共分3部分进水处理过程系统参数是时变的,且具有时滞性,为行加热,但是根据具体的反应情况,这些反应加热了保证系统控制精度和污水处理效果,笔者采用段未必都使用,设定的反应温度越高加热段数就GPC-PID串级控制方案,系统结构框图如图2所越多。示。图2控制系统结构框图2系统硬件-1样周期,即3min,则d=3;C(z)=1。污水处理系统的上位机为研华IPC610工控已知n、n和d,则GPC算法步骤如下:ab机,内装组态王软件和数据分析软件,具有两个模a.设置初值θ^(0)、P(0),输入初始数据,设拟量输入模块ADAM-4117,3
6、个Pt100输入模块置控制参数N、N、N、N、控制加权矩阵Γ、输出12uADAM4015,一个RS232转RS485ADAM4520模柔化系数α及遗忘因子λ等;其中θ^(0)=0为估块,一个SR93表(热电阻输入,固态继电器输出,计参数列向量的初值,P(0)=106I,N=3,N=N12带RS485通信口)。各模块之间采用屏蔽双绞线=4,N=4,控制加权矩阵Γ取4阶单位矩阵,输u连接,SR93的输入是GPC的输出,利用固态继电出柔化系数α=0.7,遗忘因子λ=1。器的通断来控制电加热棒。b.采样当前实际输出y(k)和参考输出3主反应控制算法y(k+j),y(k)和y(
7、k+j)的表达式为rr3.1控制算法y(k)=y(k)rr由于反应过程中的污水处理组分含量不稳{,y(k+j)=αy(k+j-1)+(1-α)ω,j=1,2,…,Nrr定,处理水量也不同,并且控制系统具有时滞性,其中ω为温度设定值,具体根据工艺条件给定。因此为了适应这种模型参数的不确定性,加热过c.利用遗忘因子递推最小二乘法θ^(k)=程通常采用GPC。GPC算法不但能利用当前和θ^(k-1)+K(k)[Δy(k)-φT(k)θ^(k-1)]、过去时刻的系统输出,而且能利用将来时刻的预P(k-1)φ(k)1K(k)=、P(k)=[I-测输出来进行控制
