CN105373065A - 一种干雾除尘控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种干雾除尘控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种干雾除尘控制系统及其控制方法,包括干雾除尘系统;检测水压和气压的传感器;粉尘浓度检测传感器;模糊控制器;粉尘浓度检测传感器检测粉尘产生位置、浓度以及浓度变化情况,并将数据反馈到模糊控制器;模糊控制器粉尘浓度与粉尘浓度变化率数据的模糊化与模糊推理等一系列运算后,在预先针对每过粉尘产生区域做模糊控制的数据库表中选择对应的模糊控制规则表,分别控制每个粉尘产生区域内的干雾除尘系统的工作喷雾器位置与数量;模糊控制器实时对工作喷雾器数量进行控制时,将预先对工作喷雾器数量进行统计,并计算对应此工作喷雾器数量所需要的水压与气压数据,并根据此水压与气压数据实时控制干雾除尘系统的水泵与气泵输出功率。

Description

一种干雾除尘控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及工业除尘控制技术领域,尤其是涉及一种环保封闭料场的干雾除尘控制系统及其控制方法。
背景技术
目前用于封闭料场干雾除尘或喷淋除尘的控制方式主要是采用顺序控制,该控制方案对封闭料场内的粉尘浓度变化情况与变化规律不能进行有效的实时监控。往往只能对粉尘产生机构有一个动作性的连锁控制,即当产生粉尘的设备运行时,将直接给予干雾除尘或喷淋除尘系统一个启动信号,无论粉尘产生量的大小(即使只有设备动作命令没有粉尘产生)都将直接导致干雾除尘或喷淋除尘系统进行满负荷除尘运转。而当实际运行中粉尘产生的浓度受天气、原料含水率等因素影响,将出现较大的波动,若控制系统将始终按设定负荷运行的命令执行,从而无法做到智能调节,节能节水。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明解决的技术问题在于:提供基于模糊控制为核心并与常规PID调节串联的环保封闭料场的干雾除尘控制系统及其控制方法,实现环保封闭料场干雾除尘系统的智能除尘控制,节能节水。
为了解决上述技术问题,一方面,本发明提供一种干雾除尘控制系统,应用于封闭料场内,它包括干雾除尘系统;检测所述干雾除尘系统水压和气压的传感器;粉尘浓度检测传感器;包含所述干雾除尘系统水压和气压模糊控制器的PLC系统;所述封闭料场根据料场粉尘产生与干雾除尘系统的喷雾器布置情况,将料场分割为若干个在控制与检测上相对独立的粉尘产生区域,粉尘浓度检测传感器检测各粉尘产生区域内的粉尘产生位置、浓度以及浓度变化情况,并将这些数据反馈到PLC系统;PLC系统的模糊控制器实时对各粉尘产生区域内工作喷雾器数量进行控制时,将预先对整个料场工作喷雾器数量进行统计,计算对应此工作喷雾器数量干雾除尘系统所需要的水压与气压数据,并根据此水压与气压数据实时控制干雾除尘系统的水泵与气泵输出功率。
为了解决上述技术问题,另一方面,本发明提供一种干雾除尘控制方法,应用于封闭料场内的干雾除尘控制系统控制,所述干雾除尘控制系统包括干雾除尘系统;检测所述干雾除尘系统水压和气压的传感器;粉尘浓度检测传感器;包含所述干雾除尘系统水压和气压模糊控制器的PLC系统;控制过程包括:根据料场粉尘产生与干雾除尘系统的喷雾器布置情况,将料场分割为若干个在控制与检测上相对独立的粉尘产生区域,粉尘浓度检测传感器检测各粉尘产生区域内的粉尘产生位置、浓度以及浓度变化情况,并将这些数据反馈到PLC系统;PLC系统的模糊控制器通过对所采集的粉尘浓度与粉尘浓度变化率数据的模糊化与模糊推理等一系列运算后,在预先针对每过粉尘产生区域做模糊控制的数据库表中选择对应的模糊控制规则表,以控制规律表为依据分别控制每个粉尘产生区域内的干雾除尘系统的工作喷雾器位置与工作喷雾器数量来实现干雾除尘系统的调节;模糊控制器实时对各粉尘产生区域内工作喷雾器数量进行控制时,将预先对整个料场工作喷雾器数量进行统计,并计算对应此工作喷雾器数量干雾除尘系统所需要的水压与气压数据,并根据此水压与气压数据实时控制干雾除尘系统的水泵与气泵输出功率,以实现输出功率最优化的节能目的,最终将各粉尘产生区域工作喷雾器的控制综合为一个完整的料场干雾除尘系统控制。
作为进一步改进技术方案,本发明提供的干雾除尘控制方法,所述粉尘产生区域的划分按照区域粉尘浓度和面积划分;区域粉尘浓度小在模糊控制规则分级上分级少,而区域粉尘浓度大在模糊控制规则分级上分级多;区域面积小,每级喷雾器数量少,而区域面积小,每级喷雾器数量多;当粉尘浓度检测传感器检测到某粉尘产生区域有灰尘时,控制该粉尘产生区域的喷雾器的电磁阀开启工作,使该粉尘产生区域的喷雾器开启进行干雾除尘工作,当粉尘浓度检测传感器检测到粉尘浓度变小时,控制该粉尘产生区域的喷雾器的电磁阀分级逐步关闭停止工作。
作为进一步改进技术方案,本发明提供的干雾除尘控制方法,所述模糊控制器的设定包括:确定模糊控制器的输入输出量,输入变量为粉尘浓度偏差E和粉尘浓度偏差的变化率EC,输出变量为工作喷雾器的数量U;模糊为粉尘浓度E,粉尘浓度偏差EC和工作喷雾器的数量U;对于粉尘浓度不同的粉尘产生区域以及控制精度不同的粉尘产生区域分别建立规则不同的模糊控制规则表,来满足控制需要;对水压与气压压力的调节是在对干雾除尘系统的工作喷雾器的数量统计上进行供水量与供气量的定量计算,得到水压、气压PID控制环中水压与气压的给定值,再通过对供水供气管路中的压力进行实时检测得到水压与气压的检测值,通过对给定值与检测值的比较来实现PID闭环控制,利用PID输出的精确给定值实现对水泵与气泵输出功率的控制。
在不冲突的情况下上述改进方案可单独或组合实施。
本发明提供的技术方案,首先对料场的粉尘进行有效的分区,然后通过除尘参数要求与粉尘产生区域粉尘浓度检测构成的闭环模糊控制,根据实际的经验规则,利用模糊化控制选择理论有效地输出调节各区域干雾除尘系统的工作喷雾器位置与工作喷雾器的数量,在粉尘产生过程中进行实时智能化除尘。有效调控干雾除尘系统的供水与供气的输入量,节约除尘能耗与水耗。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是实施例干雾除尘控制过程的流程图;
图2是实施例干雾除尘系统的设备布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1和图2所示,应用于环保封闭料场内的干雾除尘控制系统,包括包含模糊控制器的PLC系统1,包含PID控制器的电路执行控制柜2,干雾机3,粉尘浓度检测传感器4,喷雾装置5,现场总线模块6,输出区域内的压力检测传感器7,所述封闭料场根据料场粉尘产生的实际情况,将料场分割为若干个在控制与检测上相对独立的粉尘产生A、B、C、D四个区域。
干雾除尘控制过程包括:首先,根据整个料场粉尘的实际分布情况将料场区分进行独立分区,然后在相对独立的粉尘产生区域,通过现场总线模块6将粉尘浓度检测传感器4检测各粉尘产生区域内的粉尘产生位置、浓度以及浓度变化值,并将这些数据反馈到包含模糊控制器的PLC系统1;PLC系统的模糊控制器通过对所采集的粉尘浓度与粉尘浓度变化率数据的模糊化与模糊推理等一系列运算后,在预先针对每个粉尘产生区域做模糊控制的数据库表中选择对应的模糊控制规则表,以控制规律表为依据分别控制每个粉尘产生区域内的干雾除尘系统的工作喷雾器位置与工作喷雾器数量,并给出信号给包含PID控制器的电路执行控制柜2来控制干雾机3与喷雾装置5,同时通过现场总线模块6将各区域内压力检测传感器7检测的水气压力情况反馈给包含模糊控制器的PLC系统1,用以构成执行单元的闭环系统与模糊控制形成双闭环,来实现干雾除尘系统的智能调节;整个过程以粉尘浓度检测传感器的大小及变化量为模糊控制的输入量,实时控制干雾除尘系统的水泵与气泵输出功率,以实现输出功率最优化的节能目的,最终将各粉尘产生区域工作喷雾器的控制综合为一个完整的料场干雾除尘系统控制。
所述粉尘产生区域的划分按照区域粉尘浓度和面积划分;区域粉尘浓度小在模糊控制规则分级上分级少,而区域粉尘浓度大在模糊控制规则分级上分级多;区域面积小,每级喷雾器数量少,而区域面积小,每级喷雾器数量多。
基本分区原则如下表:
对于小浓度粉尘点小区域A1:其具有粉尘浓度小在模糊控制规则分级上分级少,以及每级喷雾器数量少的特点,其一般分级在1-4级左右,当粉尘浓度检测传感器检测到有粉尘时,将控制对应区域的喷雾器电磁阀工作,使该粉尘产生区域的喷雾器开启进行干雾除尘工作,当粉尘浓度检测传感器检测到粉尘浓度变小时,将控制该粉尘产生区域的喷雾器的电磁阀分级逐步停止工作。
对于小浓度粉尘点中等区域A2:其具有粉尘浓度小在模糊控制规则分级上分级少,以及每级喷雾器数量适中的特点,其一般分级在1-4级左右,当某一粉尘浓度检测传感器检测到有粉尘时,将控制对应区域的喷雾器的电磁阀工作,使该粉尘产生区域的喷雾器开启进行干雾除尘工作,当粉尘浓度检测传感器检测到粉尘浓度变小时,将控制该粉尘产生区域的喷雾器的电磁阀分级逐步停止工作。
对于小浓度粉尘点大区域A3:其具有粉尘浓度小在模糊控制规则分级上分级少,以及每级喷雾器数量较多的特点,其一般分级在1-4级左右,当某一区域中多个粉尘浓度检测传感器检测到有不同的浓度粉尘时,将控制其对应位置的喷雾器电磁阀采用分级工作,使此位置点进行合适的干雾除尘工作,当此点粉尘浓度变小时,将控制此点的喷雾器电磁阀分级停止工作,直到粉尘浓度检测传感器无法检测到粉尘。
同理,可以对以下工况进行分级,并采用与前述相应的控制过程步骤。
对于中等浓度粉尘点小区域B1:其具有粉尘浓度较大在模糊控制规则分级上分级适中,以及每级喷点数少的特点,其一般分级在1-6级左右。
对于中等浓度粉尘点一般区域B2:其具有粉尘浓度较大在模糊控制规则分级上分级适中,以及每级喷点数适中的特点,其一般分级在1-6级左右。
对于中等浓度粉尘点大区域B3:其具有粉尘浓度较大在模糊控制规则分级上分级适中,以及每级喷点数较多的特点,其一般分级在1-6级左右。
对于高浓度粉尘点小区域C1:其具有粉尘浓度高在模糊控制规则分级上分级多,以及每级喷点数少的特点,其一般分级在1-9级左右。
对于高浓度粉尘点一般区域C2:其具有粉尘浓度高在模糊控制规则分级上分级多,以及每级喷点数适中的特点,其一般分级在1-9级左右。
对于高浓度粉尘点大区域C3:其具有粉尘浓度高在模糊控制规则分级上分级多,以及每级喷点数较多的特点,其一般分级在1-9级左右。
以上规则只是分区的大致标准,如系统较大可进行更细致的分区。具体区域内的喷雾器在布置上采用密集的多层次布置的方式,在每个区域最大量考虑的基础上为除尘设置一个最大化喷雾器装置能力背景,在实际运行情况中,根据控制器的模糊控制理论合适的选取背景中需要的喷雾装置进行喷雾运行。
所述模糊控制器的设定包括:确定模糊控制器的输入输出量,输入变量为粉尘浓度偏差E和粉尘浓度偏差的变化率EC,输出变量为工作喷雾器的数量U;模糊为粉尘浓度E,粉尘浓度偏差EC和工作喷雾器的数量U;对于粉尘浓度不同的粉尘产生区域以及控制精度不同的粉尘产生区域分别建立规则不同的模糊控制规则表,来满足控制需要;对水压与气压压力的调节是在对干雾除尘系统的工作喷雾器的数量统计上进行供水量与供气量的定量计算,得到水压、气压PID控制环中水压与气压的给定值,再通过对供水供气管路中的压力进行实时检测得到水压与气压的检测值,通过对给定值与检测值的比较来实现PID闭环控制,利用PID输出的精确给定值实现对水泵与气泵输出功率的控制。
对于模糊控制器的设定,下面以高浓度粉尘点小区域为例。
首先确定模糊控制器的输入输出量,在本控制模型中输入变量为2个,分别为粉尘浓度偏差E和粉尘浓度偏差的变化率EC,输出变量为工作喷雾器的数量U。模糊
为粉尘浓度E,粉尘浓度变化率EC和工作喷雾器的数量U。
其次模糊化,假设粉尘浓度为0mg/m3~1000mg/3,E的论域为[0,1000],划分为10个等级,模糊子集(i=1,?,10)的10个语言取值{NO,SS,SM,SB,MS,MM,MB,BS,BM,BB},依次表示的实际物理意义为粉尘浓度{0~100mg/m3、100mg/m3~200mg/m3、200mg/m3~300mg/m3、300mg/m3~400mg/m3、400mg/m3~500mg/m3、500mg/m3~600mg/m3、600mg/m3~700mg/m3、700mg/m3~800mg/m3、800mg/m3~900mg/m3、900mg/m3~1000mg/m3},它们的隶属函数选trimf(三角形)。EC的论域为[0,7],划分为7个等级,模糊子集(i=1,?,7)的7个语言取值{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},依次表示的实际物理意义为粉尘浓度变化{快速减少、一般减少,稍微减少、不变、稍微增加、一般增加、快速增加},它们的隶属函数选trimf(三角形)。U的论域为[0,10],划分为10个等级,模糊子集(i=1,?,10)的10个语言取值{NO,SS,SM,SB,MS,MM,MB,BS,BM,BB},依次表示的实际物理意义为喷雾器的数量{喷点1级、喷点2级、喷点3级、喷点4级、喷点5级、喷点6级、喷点7级、喷点8级、喷点9级、喷点10级},它们的隶属函数选trimf(三角形)。
模糊化规则编辑,该模糊控制器的模糊规则具有如下形式:if{E=andEC=}thenU=,i=1,...,n,其中,,分别为E、EC和U的模糊子集。
由经验整定规则共70条,如
①如果粉尘浓度为900mg/m3~1000mg/m3,且浓度快速增加,则喷雾器数量为喷点10级
对应规则语言:ifE=BBandEC=PBthenU=BB
②如果粉尘浓度为100mg/m3~200mg/m3,且浓度不变,则喷雾器数量为喷点2级
对应规则语言:ifE=SSandEC=ZOthenU=SS
③如果粉尘浓度为400mg/m3~500mg/m3,且浓度快速减少,则喷雾器数量为喷点3级
对应规则语言:ifE=SBandEC=NBthenU=SM
其余规则照规则表一一写入控制规则编辑中。
建立好隶属函数和规则后,系统的决策部分选用Madani算法,解模糊选用中位数。
模糊控制规则表
可以根据模糊控制的相互关系分别得出模糊控制规则表,并对应的得出70条模糊控制规则,其格式是If(Eis?)and(ECis?)then(Uis?)。
以上是对于粉尘浓度在0mg/m3~1000mg/m3检测点的调节,对于粉尘浓度不同的点以及控制精度不同的控制点可以分别建立规则不同的模糊控制规则表,来满足控制需要。
对水压与气压压力的调节是在对干雾除尘系统的工作喷雾器的数量统计基础上进行供水量与供气量的定量计算,得到水压、气压PID控制环中水压与气压的给定值,再通过对供水供气管路中的压力进行实时检测得到水压与气压的检测值,通过对给定值与检测值的比较来实现PID闭环控制,利用PID输出的精确给定值实现对水泵变频电机与气泵变频电机的精确控制,以达到干雾除尘系统供水供气的可靠与节能要求。
本发明提供的技术方案,以粉尘浓度为反馈,通过PLC系统的模糊控制器中的经验规则来产生某一区域的工作喷雾器的数量,再以这个数量来实时确定PID的参数,PID脱离于模糊控制器,PID控制器作为通过模糊控制器规则判别后的一个执行单元,如采用其他执行单元,如采用其他单元,模糊控制器的规则是不需要改变的,模糊控制器的规则可以继承。具有可灵活有效的使用于各种执行系统的特点。
显然,本发明不限于以上优选实施方式,还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内,进行多种形式的变换和改进,能解决同样的技术问题,并取得预期的技术效果,故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案,只要在权利要求限定的精神之内,也属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种干雾除尘控制系统,应用于封闭料场内,其特征在于,包括:干雾除尘系统;检测所述干雾除尘系统水压和气压的传感器;粉尘浓度检测传感器;包含所述干雾除尘系统水压和气压模糊控制器的PLC系统;所述封闭料场根据料场粉尘产生与干雾除尘系统的喷雾器布置情况,将料场分割为若干个在控制与检测上相对独立的粉尘产生区域,粉尘浓度检测传感器检测各粉尘产生区域内的粉尘产生位置、浓度以及浓度变化情况,并将这些数据反馈到PLC系统;PLC系统的模糊控制器实时对各粉尘产生区域内工作喷雾器数量进行控制时,将预先对整个料场工作喷雾器数量进行统计,计算对应此工作喷雾器数量干雾除尘系统所需要的水压与气压数据,并根据此水压与气压数据实时控制干雾除尘系统的水泵与气泵输出功率。
2.一种干雾除尘控制方法,应用于封闭料场内的干雾除尘控制系统控制,其特征在于:所述干雾除尘控制系统包括干雾除尘系统;检测所述干雾除尘系统水压和气压的传感器;粉尘浓度检测传感器;包含所述干雾除尘系统水压和气压模糊控制器的PLC系统;控制过程包括:根据料场粉尘产生与干雾除尘系统的喷雾器布置情况,将料场分割为若干个在控制与检测上相对独立的粉尘产生区域,粉尘浓度检测传感器检测各粉尘产生区域内的粉尘产生位置、浓度以及浓度变化情况,并将这些数据反馈到PLC系统;PLC系统的模糊控制器通过对所采集的粉尘浓度与粉尘浓度变化率数据的模糊化与模糊推理等一系列运算后,在预先针对每过粉尘产生区域做模糊控制的数据库表中选择对应的模糊控制规则表,以控制规律表为依据分别控制每个粉尘产生区域内的干雾除尘系统的工作喷雾器位置与工作喷雾器数量来实现干雾除尘系统的调节;模糊控制器实时对各粉尘产生区域内工作喷雾器数量进行控制时,将预先对整个料场工作喷雾器数量进行统计,并计算对应此工作喷雾器数量干雾除尘系统所需要的水压与气压数据,并根据此水压与气压数据实时控制干雾除尘系统的水泵与气泵输出功率,以实现输出功率最优化的节能目的,最终将各粉尘产生区域工作喷雾器的控制综合为一个完整的料场干雾除尘系统控制。
3.根据权利要求2所述的干雾除尘控制方法,其特征在于:所述粉尘产生区域的划分按照区域粉尘浓度和面积划分;区域粉尘浓度小在模糊控制规则分级上分级少,而区域粉尘浓度大在模糊控制规则分级上分级多;区域面积小,每级喷雾器数量少,而区域面积小,每级喷雾器数量多;当粉尘浓度检测传感器检测到某粉尘产生区域有灰尘时,控制该粉尘产生区域的喷雾器的电磁阀开启工作,使该粉尘产生区域的喷雾器开启进行干雾除尘工作,当粉尘浓度检测传感器检测到粉尘浓度变小时,控制该粉尘产生区域的喷雾器的电磁阀分级逐步关闭停止工作。
4.根据权利要求2所述的干雾除尘控制方法,其特征在于,所述模糊控制器的设定包括:确定模糊控制器的输入输出量,输入变量为粉尘浓度偏差E和粉尘浓度偏差的变化率EC,输出变量为工作喷雾器的数量U;模糊为粉尘浓度E,粉尘浓度偏差EC和工作喷雾器的数量U;对于粉尘浓度不同的粉尘产生区域以及控制精度不同的粉尘产生区域分别建立规则不同的模糊控制规则表,来满足控制需要;对水压与气压压力的调节是在对干雾除尘系统的工作喷雾器的数量统计上进行供水量与供气量的定量计算,得到水压、气压PID控制环中水压与气压的给定值,再通过对供水供气管路中的压力进行实时检测得到水压与气压的检测值,通过对给定值与检测值的比较来实现PID闭环控制,利用PID输出的精确给定值实现对水泵与气泵输出功率的控制。
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