1 引言
　　目前，我國(guó)對(duì)大型鍋爐的給水與蒸汽質(zhì)量指標(biāo)要求十分嚴(yán)格酣矮，因而需要對(duì)爐水品質(zhì)連續(xù)監(jiān)控缕兄。測(cè)量pH值大多采用傳統(tǒng)的PID控制算法.但在反應(yīng)過(guò)程中，因其中和點(diǎn)附近的高增益使得難以調(diào)整傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)弓洒。因此只能采用很小的比例增益，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定棍丐，而比例增益過(guò)小歌逢，又將使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性變壞秘案。對(duì)于鍋爐給水加藥測(cè)控裝置潦匈，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了加藥系統(tǒng)的自動(dòng)化历等，但無(wú)自動(dòng)配藥設(shè)備寒屯，仍需根據(jù)汽水實(shí)驗(yàn)室的化驗(yàn)結(jié)果人工配藥，這樣不僅工作強(qiáng)度大昨镊，而且所加的氨梁捉、聯(lián)胺均屬有劇毒易揮發(fā)物質(zhì)举库，會(huì)給操作者造成嚴(yán)重危害翩性，并導(dǎo)致環(huán)境污染。為此幌扁，提出變?cè)鲆嫒齾^(qū)段非線性PID和積分模糊控制（IFC）算法的兩種新型pH值控制法憎茂。通過(guò)對(duì)帶有時(shí)滯的pH值中和過(guò)程進(jìn)行數(shù)字仿真竖幔，結(jié)果表明拳氢，這兩種控制算法均具有魯棒性強(qiáng)，響應(yīng)速度快和控制精度高的特點(diǎn)，尤其是IFC算法能克服pH值中和過(guò)程中的較大時(shí)滯栗恩。通過(guò)在某電廠的實(shí)際應(yīng)用磕秤，已實(shí)現(xiàn)了鍋爐給水配藥景姓、加藥系統(tǒng)的全自動(dòng)控制社衰。
2 pH值控制方法的研究
　　2.1 常規(guī)PID控制
　　PID控制是按偏差的比例（P—Proportional）桃旷、積分（I—Integral）和微分（D—Derivative）線性組合的控制方式薯舆。圖1為常規(guī)的PID控制系統(tǒng)累冠。其中蝇罐，r為參考輸入信號(hào);PID為控制器;P為被控對(duì)象模型;d為干擾量;e（k）為系統(tǒng)誤差;u（k）為控制量;pH（k）為被控過(guò)程輸出量。由圖可見(jiàn)猜谚，常規(guī)PID控制中的比例作用實(shí)際上是一種線性放大或縮小作用魏铅，很難適應(yīng)酸堿中和過(guò)程中被控對(duì)象非線性的特點(diǎn)览芳。
　　


　　2.2 變?cè)鲆嫒齾^(qū)段非線性PID控制
　　將pH值變化按拐點(diǎn)分為：一個(gè)高增益區(qū)和兩個(gè)增益系數(shù)不同的低增益區(qū)沧竟。高增益區(qū)控制器采用較低增益;低增益區(qū)控制器采用不同的高增益缚忧，以滿足系統(tǒng)期望的性能指標(biāo)。此外為防止積分飽和糕非，采用帶死區(qū)和輸出限幅的PID控制算法嬉哥。
　　2. 3 模糊控制
　　模糊控制算法概括為：根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)輸出值进登，計(jì)算出輸入變量;將輸入變量的精確量變?yōu)槟：?根據(jù)輸入變量（模糊量）及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計(jì)算控制量（模糊量）;由上述得到的控制量（模糊量）計(jì)算精確的控制量津咒。
3 電廠鍋爐給水加藥控制系統(tǒng)
　　某發(fā)電廠共有4臺(tái)300 MW的發(fā)電機(jī)組另碍，分為兩個(gè)單元，一單元為1#哩拔、2#機(jī)組自烛，二單元為3#和4#機(jī)組。每個(gè)單元加藥計(jì)量泵包括鍋爐補(bǔ)給水（生水經(jīng)各種水處理方式凈化后.用于補(bǔ)充火力發(fā)電廠的汽水損失）和爐水兩種用水】戏唬現(xiàn)以二單元為例伊屈，加藥系統(tǒng)采用兩用一備共3臺(tái)加藥計(jì)量泵，即3#和4#機(jī)組各用l臺(tái)加藥計(jì)量泵诉拔，當(dāng)其中l(wèi)臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)切換到備用泵濒勤。在該系統(tǒng)中通過(guò)檢測(cè)pH值來(lái)控制爐水中磷酸鹽的加入量，pH值要求控制在914～9.78增厢，當(dāng)其中1臺(tái)機(jī)組的pH值低于9.4時(shí)屎唠，啟動(dòng)相應(yīng)機(jī)組的加藥泵。此時(shí)拜鹤，磷酸鹽加藥箱內(nèi)的磷酸鹽溶液經(jīng)過(guò)管道（管道上的閥門都為手動(dòng)閥框冀，正常時(shí)為打開(kāi)狀態(tài)）被泵入相應(yīng)機(jī)組的除氧器出水管加藥點(diǎn)流椒。若3#機(jī)組的加藥計(jì)量泵出現(xiàn)故障，則打開(kāi)備用泵與其相連管道上的閥門明也，備用泵接替3#機(jī)組的加藥計(jì)量泵宣虾，為3#機(jī)組的爐水加藥;4#機(jī)組亦然。由于爐水中加入了適當(dāng)?shù)牧姿猁}及氫氧化鈉温数，可提高爐水的緩沖性能绣硝，并有利于維持爐水pH值的穩(wěn)定性，從而防止鍋爐水冷壁的結(jié)垢和腐蝕撑刺。
　　該系統(tǒng)將爐水水樣經(jīng)過(guò)減溫減壓裝置引入磷酸表及pH表探頭進(jìn)行測(cè)量鹉胖，經(jīng)過(guò)模擬量轉(zhuǎn)換，再經(jīng)控制系統(tǒng)PID運(yùn)算后控制變頻器輸出够傍，控制加藥泵轉(zhuǎn)速甫菠，從而實(shí)時(shí)控制爐水的加藥量，使?fàn)t水的磷酸根濃度與pH較好地保持在合格的范圍內(nèi)冕屯。圖2給出其控制流程圖寂诱。該控制分為調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器蒿庙、被控對(duì)象及變送器4部分崔捌。其中，調(diào)節(jié)器由S7-200 PLC和相應(yīng)控制軟件組成;執(zhí)行器由變頻器杉抑、電機(jī)和計(jì)量泵組成;被控對(duì)象為爐水;變送器采用分析儀表，即pH表沛摩。

　　3.1 控制流程
　　圖3給出3#機(jī)組的爐水加藥控制系統(tǒng)在搀。該系統(tǒng)從在線分析儀表（磷酸根表、pH表）中提取4～20mA信號(hào)帽遏，根據(jù)運(yùn)行工藝參數(shù)和確定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行窗口式PID復(fù)合運(yùn)算搓纠，中間結(jié)果送變頻器，控制加藥泵加藥量以實(shí)現(xiàn)加藥的自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)祷鼎。

　　3.2 控制系統(tǒng)組成
　　該控制系統(tǒng)選用上位機(jī)軟件WinCC+西門子PLC的組合方案世雄。PLC系統(tǒng)通過(guò)PorfiBus總線方式與上位機(jī)WinCC連接。如圖4所示映僚。其中上位監(jiān)控部分由工業(yè)計(jì)算機(jī)（WinCC）來(lái)完成寞竭。監(jiān)控工作人員可通過(guò)CRT實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況.設(shè)定或修改系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)通過(guò)CRT遠(yuǎn)程軟件控制系統(tǒng)運(yùn)行酣难。上位工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理谍夭，并與MIS系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng)。上位機(jī)可對(duì)控制器進(jìn)行組態(tài)憨募，組態(tài)范圍包括控制器的網(wǎng)絡(luò)地址和時(shí)間紧索、選擇控制算法袁辈、設(shè)定算法參數(shù)、設(shè)定控制量的設(shè)定點(diǎn)珠漂、選擇算法中輸入量及輸出量的通道等晚缩。下位控制部分由安裝在現(xiàn)場(chǎng)的一套可編程控制器（PLC）來(lái)完成。它是自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)的核心媳危，用于采集相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)荞彼。由于化學(xué)加藥系統(tǒng)具有純滯后性質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致控制作用不及時(shí)济舆，引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或振蕩卿泽，而利用計(jì)算機(jī)可方便實(shí)現(xiàn)滯后補(bǔ)償。采用改進(jìn)的數(shù)字PID控制算法和模糊控制算法滋觉，使控制器利用輸出控制信號(hào)調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)的交流變頻器挨究，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)加藥泵苇赊。電氣部分的控制方式設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)程和本地兩種韵慷，以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/半自動(dòng)/自動(dòng)三種功能，后兩種功能由上位機(jī)切換忠辛。

4 IFC算法的濾波處理應(yīng)用
　　控制系統(tǒng)中.濾波程序的基本原理是在周期內(nèi)連續(xù)采樣5個(gè)數(shù)值蜀契，并求出其平均值采集當(dāng)前值，并求出采集值與平均值的差值△=Xi一X;若|△|>0.2哎闻，則舍棄Xi敏卦，取X=0.2作為按實(shí)際情況設(shè)定的信號(hào)波動(dòng)范圍值;若|△|≤0.2，則Xl出棧枚林，X2替換X1米鹏，X3替換X2，X4替換X3郭菜，依次遞推栗哥。用當(dāng)前采樣的X6替換X5，然后用這5個(gè)新數(shù)值再求X勘伺，進(jìn)行比較跪腹，如此循環(huán)執(zhí)行該程序即可實(shí)現(xiàn)濾波功能。圖5為采用濾波程序后飞醉，放大了的pH值趨勢(shì)冲茸，由此可見(jiàn)，濾波效果良好缅帘。圖6給出控制操作界面圖噪裕。

5 結(jié)語(yǔ)
　　實(shí)踐證明.基于PLC的化學(xué)自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)可靈活滿足各類化學(xué)加藥系統(tǒng)的在線監(jiān)控。該系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定膳音、可靠召衔、鍋爐及輔機(jī)設(shè)備能全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到了預(yù)期效果祭陷，解決了以往手動(dòng)控制難保證水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定的問(wèn)題苍凛，減輕了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，得到一致好評(píng)兵志。