濕法脫硫真空皮帶機運行控制分析與改進

摘 要：介紹了真空皮帶機脫水過程的基本原理及其在石灰石-石膏濕法脫硫中的應用情況；分析了PID控制真空皮帶機運行原理；由于系統的滯后嚴重，采用模糊控制，并使系統的響應得到了較好的改善，實際應用結果證明了理論的正確性。

關鍵詞：真空皮帶機；PID控制；變頻；模糊

1、真空皮帶機運行控制分析與改進

在脫水系統中，，每套真空皮帶脫水子系統裝有一就地控制柜，控制柜上設有皮帶電機手動/遠程、啟動/停機、增速/減速運行/跳閘和用于檢查其性能狀況指示燈測試開關或按鈕。皮帶機的兩側各設計有一個皮帶跑偏、濾布跑偏、拉索安全開關，在真空箱密封水管道和皮帶潤滑水管道上裝設有3個流量開關，這些開關信號均作為在DCS系統中啟動或停機的聯鎖條件，如果運行過程中，任何一個開關動作，并且一直保持存在著動作的狀態，則控制回路設計時間延時5S皮帶機的保護回路動作，DCS回路送出跳閘信號，停脫水皮帶機。

在真空皮帶機運行啟動前各設備的狀態及各開關信號的狀態必須處于正確位置，即啟動前拉索安全開關、皮帶，濾布跑偏開關必須處于正常復位狀態，同時變頻器不能處于故障狀態以及皮帶潤滑油/真空箱密封水流量必須高于“低”設定點，當DCS操作員在遠程模式啟動皮帶程序時，脫水機驅動電機將自動啟動。在真空脫水皮帶機控制系統中，一般的真空脫水變頻控制思路是：現場操作人員可從DCS操作站給真空皮帶機變頻傳動控制下達石膏厚度設定值，同時超聲波測厚儀向DCS反饋實際值，這樣就形成了一個自動閉環控制調節回路（見圖二）。在真空皮帶機正常運行時，皮帶脫水機速度可連續調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]。實踐證明，實際運行的系統存在嚴重滯后，采用常規的PID控制，其效果并不理想。本文設計出了模糊控制器，使系統的穩定性得到了改進。

2. 基于常規PID控制的真空皮帶機運行

PID控制作為傳統的控制方法，由于其簡單有效，廣泛應用于各種工業過程控制中，盡管現今提出了各種現代控制理論，其理論效果很完美，但卻很難普遍應用于實際。PID控制是根據測量值與設定值之間的偏差經過比例、積分、微分計算來得到輸出值，并將該值輸出到執行器上。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；Ti為積分時間常數；Td為微分時間常數。

在計算機控制系統里，PID算法的實現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算機控制系統中使用的數字PID位置式算法：

（3-2）

式中，Ki為積分系數；Kd為微分系數。

（2）增量式

將第k個采樣周期的算法輸出與第k-1個采樣周期輸出相減，經整理后便得到：

（3-3）

增量式算法與位置算法本質上無大區別，但卻帶來不少的優點：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，容易通過加權處理獲得比較好的控制效果；計算機每次只輸出控制增量，即對應執行機構位置的變化量，故機器發生故障時影響范圍小、不會嚴重影響生產過程；手動—自動切換時沖擊小，當控制從手動向自動切換時，可以作到無憂切換。

3. 基于模糊控制的真空皮帶機運行

采用模糊控制算法進行真空皮帶機運行控制能較好地克服控制對象的純滯后問題，提高控制精度。真空皮帶機運行模糊控制系統一般可分為五個組成部分，如圖3-2所示：1）模糊控制器，是各類自動控制系統中的核心部分。2）輸入/輸出接口。模糊控制器通過輸入/輸出接口從被控制對象獲取數字信號量，并將模糊控制器決策的輸出數字信號經過數模轉換，將其轉變為模擬信號，然后送給被控對象。在I/O接口裝置中，除A/D、D/A轉換外，還包括必要的電平轉換電路。3）真空皮帶機變頻器。用來調節真空皮帶機電動機轉速。4）被控對象。真空皮帶機的運行難以建立精確數學模型，更適宜采用模糊控制。5）超聲波測厚儀傳感器。傳感器是將被控對象或過程的被控量轉換為電信號的一類裝置。

針對皮帶機脫水的特性，選擇對控制過程中影響最大的厚度偏差e及偏差變化率de作為輸入，構成二維模糊控制，e=r-y，其中r表示參考輸入石膏厚度，y表示系統輸出實際石膏厚度，de=et-et-1其中et為t時刻的輸出誤差，et-1為t-1時刻的輸出誤差。輸出為真空皮帶機的頻率u，刻劃偏差e與偏差變化de和輸出u的語言項有：e或de為{負，零，正}={Negative，Zero，Positive}；u為{負大、負中、負小、零，正小，正中，正大}={ZB，ZM，ZS，ZO，PS，PM，PB}。真空皮帶的厚度調節為了防止系統在自動控制方式下出現振蕩發散的失控現象，當厚度偏差的絕對值超過20mm時，系統控制切換到手動調節方式下，并發出聲音報警[3]。因此厚度偏差e的基本論域可選中[-8，8]，厚度變化率de的基本論域為[-2，2]。輸出變量u為真空皮帶頻率，其基本論域為[15，40]。隸屬函數都取三角形，解模糊采用工業控制中廣泛使用的加權平均法。

4 結束語

石膏脫水系統是濕法脫硫系統重要的組成部分，關系到石膏的品質、廢水的排放、以及脫硫綜合成本的高低，真空脫水皮帶機的穩定運行是石膏脫水系統的有力保障。采用常規PID控制時，不能保證收斂與調節速度都能達到滿意的效果，實際應用系統的調節速度緩慢，有時出現振蕩失穩。采用模糊控制時，效果得到了明顯的改善，對于較大的波動都能夠較快的穩定下來，穩定性大為提高參考文獻

[1] 閻維平，劉忠，王春波等.電站燃煤鍋爐石灰石濕法煙氣脫硫裝置運行與控制[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 吳躍鵬.淺析沙角A電廠300MW機組FGD脫水率的設計和控制[J].自動化與儀器儀表，2005年第3期：17～19

[3] 吳錦源，徐麗杰，李亙軍，曹玉山.基于模糊PID的濕法脫硫系統石膏厚度控制的研究[J].電氣應用，2006年第7期：116～118

作者簡介

張彥榮，山西大唐國際云岡熱電有限責任公司設備部脫硫點檢員。