CN111624879B

CN111624879B - 一种浓缩塔在线自适应控制系统及方法

Info

Publication number: CN111624879B
Application number: CN202010432445.2A
Authority: CN
Inventors: 江清潘; 何子纯; 常建平; 曹刘锋; 孙泽
Original assignee: Guoneng Longyuan Environmental Protection Co Ltd
Current assignee: Guoneng Longyuan Environmental Protection Taizhou Co ltd; Guoneng Longyuan Environmental Protection Co Ltd
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2040-05-20
Also published as: CN111624879A

Abstract

本发明公开了一种浓缩塔在线自适应控制系统及方法，控制系统包括浓缩塔本体、数据预处理模块、氯根软测量模块以及自适应控制模块，数据预处理模块包括用于采集浓缩塔本体运行参数的采集单元以及对运行参数进行预处理的处理单元，氯根软测量模块建立有氯根软测量模型并根据预处理数据计算得到氯根软测量值，自适应控制模块通过自适应控制算法结合预处理数据、氯根软测量值及预先设置的氯根目标值得到指令输出，变频增压风机根据指令输出调整变频增压风机频率；通过氯根软测量模型的建立，在线获取氯根软测量值，并应用自适应控制模块的指令输出，指导变频增压风机频率调节，使浓缩塔氯根维持较稳定的运行区间。

Description

一种浓缩塔在线自适应控制系统及方法

技术领域

本发明属于浓缩塔控制系统技术领域，特别是涉及一种浓缩塔在线自适应控制系统及方法。

背景技术

现有脱硫废水零排放系统中，浓缩塔的氯根需要控制在一定范围，才能确保浓缩塔的安全稳定运行。在实际运行过程中随着运行工况的变化，浓缩塔氯根也实时变化，浓缩塔氯根过高则会影响浓缩塔运行的安全性，然而目前无法实现氯根在线测量，只能采取定期取样实验室化验的方式，增加了浓缩塔运行的不稳定性。因此建立一种浓缩塔，能够根据运行参数获取氯根数据的模型，实现氯根的在线软测量，指导浓缩塔运行参数的调整，对提高浓缩塔运行安全性和稳定性具有重要意义，因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浓缩塔在线自适应控制系统及方法，以解决现有浓缩塔无法实现氯根在线测量，只能采取定期取样实验室化验的方式，增加了浓缩塔运行的不稳定性的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种浓缩塔在线自适应控制系统，其包括浓缩塔本体、数据预处理模块、氯根软测量模块以及自适应控制模块；浓缩塔本体上设有入口烟道、出口烟道、变频增压风机、循环泵和浆液循环管，所述浆液循环管的两端分别连接在浓缩塔本体的底部和顶部，所述循环泵设置在浆液循环管上并驱动浓缩塔本体内的浆液循环，所述变频增压风机设置在入口烟道上；数据预处理模块包括用于采集浓缩塔本体运行参数的采集单元以及对运行参数进行预处理的处理单元，所述采集单元包括设置在浓缩塔本体上的温度计、液位计、密度计以及设置在循环泵上的电流表；所述采集单元发送运行参数到处理单元，处理单元输出预处理数据并将预处理数据传输至氯根软测量模块和自适应控制模块，所述预处理数据包括浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度以及从变频增压风机上获取的变频增压风机电流、变频增压风机频率；氯根软测量模块建立有氯根软测量模型，所述氯根软测量模型根据预处理数据计算得到氯根软测量值，氯根软测量模块将氯根软测量值传输至自适应控制模块；自适应控制模块通过自适应控制算法结合预处理数据、氯根软测量值及预先设置的氯根目标值得到指令输出，自适应控制模块发送指令输出至变频增压风机，所述变频增压风机根据指令输出调整变频增压风机频率。

值得说明的是，浓缩塔在正常运行时，低浓度的脱硫废水从进入浓缩塔本体中，同时引一路热烟气经入口烟道进入浓缩塔中；浓缩塔本体中的脱硫废水经循环泵及浆液循环管打入喷淋装置进行喷淋,喷淋过程中热烟气作为废水浓缩的热源,将废水进行浓缩；喷淋浓缩后的废水落入浓缩塔本体的下部,形成水体的循环，废水在这个过程中不断循环不断浓缩，烟气不断上升通过出口烟道排出，当废水池中废水达到浓缩比例后，经废水出口排出，而变频增压风机用于控制热烟气的排入量，热烟气的排入量会影响浆液中氯根的含量，因此通过调整变频增压风机的工作频率，可以调整浓缩塔氯根的含量，而本浓缩塔可以通过实时检测相关的运行参数，并根据运行参数输入到氯根软测量模型内，计算得到氯根软测量值，并通过自适应控制模块调整变频增压风机的工作频率，并且在运行过程中，自适应控制模块根据运行参数及氯根软测量值周期性调整自适应控制算法，使得变频增压风机周期性调整工作频率，保证氯根的稳定；进一步的，采集单元为DCS系统、SIS系统或者常规检测传感器，处理单元为具有逻辑运算功能的终端，可以为计算机或集成逻辑芯片，氯根软测量模块以及自适应控制模块均为具有逻辑运算功能或者能够部署分析统计软件的PLC控制器或计算机，数据预处理模块、氯根软测量模块以及自适应控制模块之间通过通讯连接完成数据传输；变频增压风机自动将变频增压风机电流、变频增压风机频率的数据传输给氯根软测量模块，或者通过设置电表，电表定期检测变频增压风机并将检测数据传输给氯根软测量模块。

进一步，氯根软测量模块通过自适应控制、模糊控制、神经网络控制建立所述氯根软测量模型；氯根软测量模型包括多个输入量和单个输出量，根据选取的浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度、变频增压风机电流、变频增压风机频率作为辨识模型的输入量，根据氯根软测量值作为辨识模型的输出量。

进一步，氯根软测量模型为LG=f（ρ,AX,L,T,AZ,H）=750*(ρ-1000)+5*AX-200*L+8*T+17*AZ+95*H；

其中，LG为氯根软测量值(mg/l),ρ为浓缩塔密度(kg/m³)，AX为循环泵电流(A)，L为浓缩塔液位(m)，T为浆液温度(℃)，AZ为变频增压风机电流(A)，H为变频增压风机频率(HZ)。

进一步，数据预处理模块的处理单元包括数据预处理单元和故障报警单元；所述数据预处理单元用于故障点剔除、异常点剔除、离线点剔除；所述故障报警单元用于报警非正常数据。具体的，浓缩塔密度正常运行区间为1120kg/m³～1210kg/m³,循环泵电流正常运行区间为80A～140A,浓缩塔液位正常运行区间为2.8m～3.6m,浆液温度正常运行区间为40℃～60℃,变频增压风机电流正常运行区间为180A～240A,变频增压风机频率正常运行区间为20HZ～50HZ,氯根化验值正常区间为1000mg/l～250000mg/l。

进一步，氯根目标值的范围为100000mg/l～200000mg/l。

进一步，建立氯根软测量模型的数据为同一时间获取的数据。

进一步，自适应控制模块根据氯根软测量数值和氯根目标值进行浓缩塔变频增压风机频率控制，并根据下一个周期氯根软测量值变化情况调整自适应控制算法，使变频增压风机频率控制范围自适应调整。

进一步，自适应控制模块的自适应控制算法为H2=H1+K1*(SET-LG1)，K1=|K0*(LG1-SET)/(LG1-LG2)|；

其中，SET为氯根目标设定值，H1为本周期变频增压风机运行频率，H2为下一周期变频增压风机运行频率，LG1为本周期氯根软测量值，LG2为下一周期氯根软测量值，K0为本周期自适应控制算法系数，K1为下一周期自适应控制算法系数。

一种浓缩塔在线自适应控制方法，基于上述的浓缩塔在线自适应控制系统，包括以下步骤：

S1：选定30%～100%氯根目标值之间的3～5种不同工况，记录浓缩塔浆液采样时间，记录同一时刻浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度、变频增压风机电流、变频增压风机频率、氯根化验值，其中氯根化验值为同一时刻采样并在实验室化验得到的数值；

S2：数据预处理模块将S1步骤中的运行参数进行预处理，获取预处理数据，对非正常数据报警提示；

S3：氯根软测量模块分析预处理数据，利用浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度、变频增压风机电流、变频增压风机频率、氯根化验值建立氯根模型LG=f（ρ,AX,L,T,AZ,H）；

S4：将在线运行的浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度、变频增压风机电流、变频增压风机频率作为氯根模型的输入，获取模型输出值，得到在线氯根软测量值；

S5：自适应控制模块根据氯根软测量值和氯根目标值进行浓缩塔变频增压风机频率控制，并根据下一个周期氯根软测量值变化情况调整自适应控制算法，使变频增压风机自适应调整频率控制范围，使浓缩塔氯根稳定在一定范围。

进一步，氯根软测量模块通过自适应控制、模糊控制、神经网络控制建立所述氯根软测量模型；所述氯根软测量模型为LG=f（ρ,AX,L,T,AZ,H）=750*(ρ-1000)+5*AX-200*L+8*T+17*AZ+95*H；其中，LG为氯根软测量值(mg/l),ρ为浓缩塔密度(kg/m³)，AX为循环泵电流(A)，L为浓缩塔液位(m)，T为浆液温度(℃)，AZ为变频增压风机电流(A)，H为变频增压风机频率(HZ)；

自适应控制模块的自适应控制算法为H2=H1+K1*(SET-LG1)，K1=|K0*(LG1-SET)/(LG1-LG2)|；其中，SET为氯根目标设定值，H1为本周期变频增压风机运行频率，H2为下一周期变频增压风机运行频率，LG1为本周期氯根软测量值，LG2为下一周期氯根软测量值，K0为本周期自适应控制算法系数，K1为下一周期自适应控制算法系数。

本发明提供的一种浓缩塔在线自适应控制系统及方法，其有益效果为：

本浓缩塔在线自适应控制系统及方法通过氯根软测量模型的建立，可以在线获取氯根软测量值，并应用自适应控制模块的指令输出，指导变频增压风机频率调节，使浓缩塔氯根维持较稳定的运行区间，有效避免浓缩塔的异常运行，确保废水排放系统的正常处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本发明一种浓缩塔在线自适应控制系统的原理框图；

图2为本发明一种浓缩塔系统中浓缩塔本体的结构示意图。

图中1-浓缩塔本体，2-出口烟道，3-入口烟道，4-变频增压风机，5-温度计，6-液位计，7-密度计，8-循环泵，9-电流表，10-浆液循环管，11-数据预处理模块，12-氯根软测量模块，13-自适应控制模块。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的浓缩塔在线自适应控制系统及方法及其施工方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

图1和图2示出本发明一种实施例的浓缩塔在线自适应控制系统，包括浓缩塔本体1、数据预处理模块11、氯根软测量模块12以及自适应控制模块13；浓缩塔本体1上设有入口烟道3、出口烟道2、变频增压风机4、循环泵8和浆液循环管10，浆液循环管10的两端分别连接在浓缩塔本体1的底部和顶部，循环泵8设置在浆液循环管10上并驱动浓缩塔本体1内的浆液循环，变频增压风机4设置在入口烟道5上；数据预处理模块11包括用于采集浓缩塔本体1运行参数的采集单元以及对运行参数进行预处理的处理单元，采集单元包括设置在浓缩塔本体1上的温度计5、液位计6、密度计7以及设置在循环泵8上的电流表9；采集单元发送运行参数到处理单元，处理单元输出预处理数据并将预处理数据传输至氯根软测量模块12和自适应控制模块13，预处理数据包括浓缩塔密度、循环泵8电流、浓缩塔液位、浆液温度以及从变频增压风机4上获取的变频增压风机电流、变频增压风机频率；氯根软测量模块12建立有氯根软测量模型，氯根软测量模型根据预处理数据计算得到氯根软测量值，氯根软测量模块12将氯根软测量值传输至自适应控制模块13；自适应控制模块13通过自适应控制算法结合预处理数据、氯根软测量值及预先设置的氯根目标值得到指令输出，自适应控制模块13发送指令输出至变频增压风机4，变频增压风机4根据指令输出调整变频增压风机频率。

浓缩塔在线自适应控制系统在运行的过程中，首先确定氯根软测量模型，本实施例选定30%～100%氯根目标值之间的3～5种不同工况，通过温度计5、浓缩塔液位计6、密度计7以及设置在循环泵10上的电流表11采集记录同一时刻浓缩塔密度(kg/m³)，循环泵电流(A)，浓缩塔液位(m)，浆液温度(℃)，变频增压风机电流(A)，变频增压风机频率(HZ)、氯根化验值(mg/l)，其中氯根化验值为同一时刻采样并在实验室化验得到的数值，具体运行参数如表1所示；

表1 运行参数记录表

表1中的LG’此时代表氯根化验值，将对应的浓缩塔密度ρ、循环泵电流AX、浓缩塔液位L、浆液温度T、变频增压风机电流AZ、变频增压风机频率H、氯根化验值LG’通过自适应控制、模糊控制、神经网络控制拟合出对应的输入输出关系，根据上述的运行参数得到氯根软测量模型：

LG=f（ρ,AX,L,T,AZ,H）=750*(ρ-1000)+5*AX-200*L+8*T+17*AZ+95*H；

通过氯根软测量模型，在之后正常运行的过程中，根据选取的浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度、变频增压风机电流、变频增压风机频率作为辨识模型的输入量，计算得到氯根软测量值LG，假定在线运行参数为：ρ=1150kg/m³,AX=100A,L=3m,T=50℃,AZ=200A,H=40HZ,将输入值代入模型LG=f（ρ,AX,L,T,AZ,H），可得在线氯根软测量值LG=120000mg/l；

在得到氯根软测量值后，自适应控制模块13根据氯根软测量值和氯根目标值进行浓缩塔变频增压风机4频率控制，并根据下一个周期氯根软测量值变化情况调整控制算法，使变频增压风机频率控制范围自适应调整，使浓缩塔氯根稳定在一定范围运行。具体的，假定氯根目标设定值为SET=120000mg/l，本周期变频增压风机运行频率H1=40HZ，在线氯根软测量为LG1=140000mg/l，初始控制算法为变频增压风机频率调整幅度ΔH=K*(SET-LG1),其中K0=0.0001；则根据控制算法输出下周期变频增压风机运行频率H2=H1+ΔH=40+0.0001*（120000-140000）=38HZ,运行一个周期2h后，假定在线氯根软测量为LG2=130000mg/l，则调整自适应控制算法系数，可以计算得到下一周期的自适应控制算法系数K1，

K1=|K0*(LG1-SET)/(LG1-LG2)|

=|0.0001*(140000-120000)/(140000-130000)|=0.0002；

然后循环调整自适应控制算法以及自适应控制算法系数，由此实现根据检测的运行参数实时计算氯根软测量值，并周期调整自适应控制算法系数，进而使变频增压风机频率控制范围自适应调整。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种浓缩塔在线自适应控制系统，其特征在于，包括浓缩塔本体（1）、数据预处理模块（11）、氯根软测量模块（12）以及自适应控制模块（13）；

所述浓缩塔本体（1）上设有入口烟道（3）、出口烟道（2）、变频增压风机（4）、循环泵（8）和浆液循环管（10），所述浆液循环管（10）的两端分别连接在浓缩塔本体（1）的底部和顶部，所述循环泵（8）设置在浆液循环管（10）上并驱动浓缩塔本体（1）内的浆液循环，所述变频增压风机（4）设置在入口烟道（3）上；

所述数据预处理模块（11）包括用于采集浓缩塔本体运行参数的采集单元以及对运行参数进行预处理的处理单元，所述采集单元包括设置在浓缩塔本体上的温度计（5）、液位计（6）、密度计（7）以及设置在循环泵（8）上的电流表（9）；所述采集单元发送运行参数到处理单元，处理单元输出预处理数据并将预处理数据传输至氯根软测量模块（12）和自适应控制模块（13），所述预处理数据包括浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度以及从变频增压风机（4）上获取的变频增压风机电流、变频增压风机频率；

所述氯根软测量模块（12）建立有氯根软测量模型，所述氯根软测量模型根据预处理数据计算得到氯根软测量值，氯根软测量模块（12）将氯根软测量值传输至自适应控制模块（13）；

所述氯根软测量模型为LG=f（ρ,AX,L,T,AZ,H）=750*(ρ-1000)+5*AX-200*L+8*T+17*AZ+95*H；

其中，LG为氯根软测量值mg/l，ρ为浓缩塔密度kg/m³，AX为循环泵电流A，L为浓缩塔液位m，T为浆液温度℃，AZ为变频增压风机电流A，H为变频增压风机频率HZ；所述自适应控制模块（13）的自适应控制算法为H2=H1+K1*(SET-LG1)，K1=|K0*(LG1-SET)*/(LG1-LG2)|；

其中，SET为氯根目标设定值，H1为本周期变频增压风机运行频率，H2为下一周期变频增压风机运行频率，LG1为本周期氯根软测量值，LG2为下一周期氯根软测量值，K0为本周期自适应控制算法系数，K1为下一周期自适应控制算法系数；

所述自适应控制模块（13）通过自适应控制算法结合预处理数据、氯根软测量值及预先设置的氯根目标值得到指令输出，自适应控制模块（13）发送指令输出至变频增压风机（4），所述变频增压风机（4）根据指令输出调整变频增压风机频率。

2.根据权利要求1所述的浓缩塔在线自适应控制系统，其特征在于，所述氯根软测量模块（12）通过自适应控制、模糊控制、神经网络控制建立所述氯根软测量模型；所述氯根软测量模型包括多个输入量和单个输出量，根据选取的浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度、变频增压风机电流、变频增压风机频率作为辨识模型的输入量，根据氯根软测量值作为辨识模型的输出量。

3.根据权利要求1所述的浓缩塔在线自适应控制系统，其特征在于，所述数据预处理模块（11）的处理单元包括数据预处理单元和故障报警单元；所述数据预处理单元用于故障点剔除、异常点剔除、离线点剔除；所述故障报警单元用于报警非正常数据。

4.根据权利要求1所述的浓缩塔在线自适应控制系统，其特征在于，所述氯根目标值的范围为100000mg/l～200000mg/l。

5.根据权利要求1所述的浓缩塔在线自适应控制系统，其特征在于，建立所述氯根软测量模型的数据为同一时间获取的数据。

6.根据权利要求1所述的浓缩塔在线自适应控制系统，其特征在于，所述自适应控制模块（13）根据氯根软测量数值和氯根目标值进行浓缩塔变频增压风机（4）的频率控制，并根据下一个周期氯根软测量值变化情况调整自适应控制算法，使变频增压风机频率控制范围自适应调整。

7.一种浓缩塔在线自适应控制方法，基于权利要求1-6任一项所述的浓缩塔在线自适应控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

S2：数据预处理模块（11）将S1步骤中的运行参数进行预处理，获取预处理数据，对非正常数据报警提示；

S3：氯根软测量模块（12）分析预处理数据，利用浓缩塔密度、循环泵电流、浓缩塔液位、浆液温度、变频增压风机电流、变频增压风机频率、氯根化验值建立氯根模型LG=f（ρ,AX,L,T,AZ,H）；

S5：自适应控制模块（13）根据氯根软测量值和氯根目标值进行浓缩塔变频增压风机（4）频率控制，并根据下一个周期氯根软测量值变化情况调整自适应控制算法，使变频增压风机（4）自适应调整频率控制范围，使浓缩塔氯根稳定在一定范围；

所述氯根软测量模块（12）通过自适应控制、模糊控制、神经网络控制建立所述氯根软测量模型；所述氯根软测量模型为LG=f（ρ,AX,L,T,AZ,H）=750*(ρ-1000)+5*AX-200*L+8*T+17*AZ+95*H；其中，LG为氯根软测量值mg/l,ρ为浓缩塔密度kg/m³，AX为循环泵电流A，L为浓缩塔液位m，T为浆液温度℃，AZ为变频增压风机电流A，H为变频增压风机频率HZ；

所述自适应控制模块（13）的自适应控制算法为H2=H1+K1*(SET-LG1)，K1=|K0*(LG1-SET)/(LG1-LG2)|；其中，SET为氯根目标设定值，H1为本周期变频增压风机运行频率，H2为下一周期变频增压风机运行频率，LG1为本周期氯根软测量值，LG2为下一周期氯根软测量值，K0为本周期自适应控制算法系数，K1为下一周期自适应控制算法系数。