污水处理过程中鼓风机防喘振控制的设计与实现

1、污水处理过程中鼓风机防喘振控制的设计与实现张婉悦1唐健1孙以雷2宋颖梅3（1.沈阳理工大学信息工程与科学分院，沈阳110168；2.江苏科技大学电子信息学院江苏2120033.沈阳鼓风机厂自动控制工程公司，沈阳110032）摘要：为确保鼓风机在污水处理过程中稳定可靠地高速运行，需有效地控制喘振现象。同时考虑到小城镇建设的小型污水处理厂的经济承受能力有限，提出采用低成本的Moore353自动过程控制器设计与实现防喘振控制。通过分析污水处理过程中风机防喘振控制的特点，对常规算法进行补充；并且针对防喘振系统正常负荷下控制偏差长期存在，不利于防喘振阀实时准确地动作，提出了解决方案。实践证明，控制效果良

2、好，成本明显降低。关键词：鼓风机；PID算法；防喘振技术中图分类号：TP29文献标识码：ADesignandImplementationofPreventingSurgeControlOfCompressInTheProcessOfSewageTreatmentZHANGWan­yue1TANGJian1SUNYi­lei2SONGYing­mei3(1.FacultyofInformationScienceandEngineering,ShenyangLigongUniversity,Shenyang110168,China2.SchoolofElectroni

3、csandInformation,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Jiangsu,212003,China3.ShenyangCompressFactoryAutomaticControlEngineeringCompany,Shenyang,110032,China)Abstract:Thepaperaimsatsurgephenomenonofcompressintheprocessofsewagetreatmentandconsiderslimitedeconomyabilityofminiaturesewagetreatmentfacto

4、ry.ThiscontrolsystemhasandesignandimplementationofpreventsurgecontrolofcompressintheprocessofsewagetreatmentusingMoore353processautomationcontrolleroflowcost.Throughanalysisthecharacteristic,werenewconventionalalgorithmandaimatcontrolleddeviationofsystemundernormalburthen,weputforwardsettlementschem

5、e.Realuseprovedthatthecontrolsystemisoffinecontroleffectandcostisreduced.Keywords:compressPIDalgorithmpreventsurgetechnology手动完成，则可靠性不高，不便维护。0.引言通常采用PLC和工控机、上位机结合作所谓污水处理过程就是，利用鼓风机向监控，能够实现控制，但造价太高，对于一爆气池的水中鼓吹空气，使池中细菌有氧得些小城镇建设的小型污水处理厂又承受不以生存，存活细菌吃掉污水中的污物，再经起。根据实际情况和要求，本系统采用低价过多次沉淀、过滤，使污水达到可以排放的位的Moore

6、353自动过程控制器来实现对污要求。鼓风机在污水处理过程中起爆气作用。水处理过程中鼓风机的监测和控制，通过分整个处理流程对风机出口压力及风量大小都析污水处理过程中风机防喘振控制的特点，有严格要求，否则细菌将无法生存。而且风对常规算法进行补充；并且针对防喘振系统机本身的转速极高，同时需有效地控制喘振正常负荷下控制偏差长期存在，不利于防喘振阀体实时准确地动作，提出了解决方案。实践证明收到良好的控制效果，有效地控制了鼓风机的喘振现象。成本的降低能够帮助小城镇的小型污水处理项目推广和普及，对第1页环保具有重要意义。POUT=Const为风机运行的工况线。恒流调节：排气压力变化时，流量要保持稳定，即G=

7、Const为风机运行的工况线。1.系统分析实现污水处理过程中鼓风机的防喘振控制，首先要了解风机的工作性能。鼓风机在工作过程中,当入口气体流量小于机组该工况下的最小流量限时,机组将从工作区进入喘振区,这时机组连同它的外围管道一起做周期性的大幅度的振动,工程上称为喘振3。为确保鼓风机稳定可靠地工作。工程上常将机组出口气体的一部分抽出经一控制阀返回到机组入口端,操作该控制阀的开度就可以改变实际进入压缩机叶轮的气量,不致小于喘振流量。该阀又称“防喘振阀”。如图1.1原理图所示。2.系统硬件分析考虑风机的特殊工作要求和小型污水厂的实际经济能力，本系统采用性能与价格比较好的Moore353自动过程控制器对

8、机组进行防喘振阀调节回路的调节。该控制系统的Moore353自动过程控制器的应用软件是：iConfigcontrollerconfigurationsoftwareV2.311。Moore353自动过程控制器完成的主要任务是：运行参数的设定：可手动调节，也可自动调节；回路工作情况的调节和显示功能；PID调节功能；联锁切除功能。3.系统算法分析及软件实现图1.1原理图防喘振技术是鼓风机或压缩机控制系统的关键技术。此技术所实现的是一旦机组现行工作点过喘振线进入喘振区发生喘振，防喘振阀迅速打开、喘振消失后防喘振阀会慢慢关闭。机组安全可靠运行时，工况点落在防喘振线的右侧。如图1.2防喘振控制示意图。由

9、于所选用控制器所限，主要利用软件功能有效地防止喘振现象发生。3.1.防喘振控制的PID算法分析常规PID离散差分算式3：UkUk-1+Kp(ek-ek-1)+KpTTDek+KpTiT(ek-2ek-1+ek-2)根据本控制系统要应用于污水处理过程中鼓风机的实际情况，空气源源不断进入经过风机，实际上它是一个扰动输入2。系统必须有一个积分环节来消除该扰动，系统要达到无差就必须有一个积分环节。由于微分运算在数字量化时,对信号的变化跟踪十分敏感，容易产生较大的误差,容易引起系统的不稳定，实际PID算法多不使用纯微分运算,因此本系统只用PI控制器。算式如下：UkUk-1+Kp(ek-ek-1)+KpT

10、ekTi图1.2防喘振控制示意图根据生产工艺过程的需要，鼓风机防喘振控制调节任务可分为两类：等压调节：鼓风机的流量变化时，要其中Uk、Uk-1为第k,k-1次采样输出；ek-ek-1为第k,k-1次采样偏差；Kp,Ti,T分别为比例增益，积分时间，采样周期。3.2.采用算法的补充由于防喘振控制器有快开慢关的特点，第2页而常规PID运算若不改变比例项或积分项的参数，开与关的速度应该是相同的，在此对采用的PI算法进行补充。所谓“慢关”是为了让机组慢慢进入正常工作状态，维持整个动态系统稳定，防止快速关阀，出口压力猛增再次造成开阀，形成振荡。所以，本系统在程序中对关防喘振阀调节给出了限定。当Q1<

11、;Q<Q2时，P=Q+TQ+Q当Q>T当0<Q<T其中，P为PID模块中的实际输入值，T为人为给定特定设定值，T值大小根据机组的不同和机组的工况不同而不同。3.3.抑制防喘振阀不实时准确动作的措施PI调节器积分部分的输出在偏差长期存3.4.参数设定PID控制算法的控制品质好坏，除了控制规律的选择外在很大程度上取决PID的控制参数的设定，它可直接影响到整个系统的性能2。只有在对调节对象及现场仪表全面了解后,才能正确地进行参数设定。本系统由于鼓风机输入、输出气体体积很大，并经过一定的长度的管道，而且考虑气体的可压缩性大，这将给系统带来较大的惯性和滞后性。但由于鼓风机功率较大

12、，且抽气效率很高，因此比例常数不宜选得过大。由于系统的稳定性要求较高及出现问题后系统可做出快速的反映，积分常数应考虑设置适中5。当然，用户可根据实际风量或空气压力需求对参数作适当的调整。3.5.系统软件实现输出在额定值内超过输出额定值图3.1抑制阀现象措施示意图在时会超过输出额定值，从而引起积分饱和4。污水处理过程中的防喘振系统正常负荷下测量值总是大于给定值，控制偏差的存在使控制输出总处于极限位置，喘振阀一直关闭。此时，如果工艺负荷变小，但并未达到喘振流量时，防喘阀就开始动作，不利于防喘振阀体实时准确地动作。为了克服这一现象，在Moore353内部我们通过用户程序来完成。防喘阀控制采用如图3.

13、1所示的程序设计方案来抑制此现象的出现，控制过程简单并收到了很好的效果。当调节器输出达到高限值时，由软开关进行判断，判断结果为1时认为积分达到饱和，然后由程序重新设定PID积分项参数，抑制了积分饱和现象的出现,减少超调量并缩短调整时间。利用Moore353自动过程控制器的简单、直观的梯形图编程功能,可以方便的确定PID控制进程。如图3.2调节回路逻辑图所示。程序采用了AIN，MTH，PID，A/M，AOUT，ODC，SRT，GB，CMP，DOUT等功能模块。以防喘振调节回路为例，用AIN作为AnalogInputs块，具有参数整定功能，把一个电压输入转化为按比例输出的范围；经过CMP比较块判断

14、，若实际流量小于设定流量达某一特定值时，用A/M回路手/自动操作块完成手动切换成自动；用DOUT数字量输出块使阀全开。此时，AOUT输出无效。AOUT是把与它相连的信号转化成输出范围为4-20mA的值，为模拟量输出块。同时，状态由ODC控制器显示操作块显示出来。MTH、GB、SRT分别是把AIN采集来的数据的数学运算块。第3页图3.2调节回路逻辑图4.结束语此控制系统现已运行于污水处理厂，运行情况良好，系统稳定，操作简易，工作可靠，而且方便维护。人工劳动量大大减轻，成本明显降低，比PLC和工控机、上位机结合监控成本降低近一半，取得很好的经济效益和社会效益。特别适用于小型污水处理厂对污水处理的监测和控制。而且，Moore353过程控制器具有以太网口，扩展灵活，具有很强的通讯功能，很方便的可组成集散式控制系统，方便用户扩大污水处理厂时作大型集散式的控制系统的管理，有很强的实用价值。参考文献：1Moore353processautomationcontrollerusersmanualM.UM353-1Rev.92001.7.2魏宇，张魁林，赵欣.利用PLC和变频器实现煤气输气过程中的PID控制J.沈阳工业学院学报，2002，Vol21（4）：42-46.3刘长元.防喘振控制系