基于PLC模糊控制的煤泥水自动加药系统的研究

论文摘要

随着选煤厂洗水闭路循环及环保要求的日益提高,絮凝剂在煤泥水处理中成为一项必不可少的辅助措施,于是使用絮凝剂溶解及投加装置就成为一种必然的选择。由于国内配投药设备处在研发阶段,而进口设备价格昂贵,国内大多数选煤厂靠人工配制和添加药剂。因此根据我国煤泥水处理的实际情况,研究开发絮凝剂自动配制和添加系统十分必要。本文介绍了国内外自动加药控制技术的发展现状。通过对自动添加系统的检测环节、控制模式和控制策略进行分析,针对水处理工业中加药过程具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点,提出了一种基于PLC(可编程逻辑控制器)的模糊逻辑控制实现方法,论述了模糊控制器的原理和结构,设计了一个两输入单输出的模糊控制器来实现过程控制中流量参数的实时控制。模糊控制器的设计主要由输入量的模糊化、模糊控制规则的生成、模糊判决等三部分组成,用PLC编程实现了模糊控制器的设计,用MATLAB软件实现模糊控制表的离线生成。论文对添加系统进行了方案设计,系统由取样检测、异步电机、变频器和计量泵构成。该添加系统以浓缩池自由区的煤泥水为检测对象,以沉降速度作为反馈量,沉降速度传感器检测出沉降速度误差和通过微分单元检测出沉降速度误差变化率反馈给PLC控制器,然后采用模糊算法对变频器进行模糊控制,最终形成闭环实时控制系统。以某选煤厂煤泥水为例进行了沉降试验,介绍了最佳药剂的选择方案,讨论了一定浓度下煤泥水的沉降特性以及澄清特性,制定了加药制度。将模糊控制与PLC相结合,克服了传统的调节器超调大的缺点,充分发挥了PLC控制灵活、编程方便、适应性强的优点,提高了控制的精确度。实现了药剂科学合理在线投加;保证了电机和泵大多数时间内在基频以下运行,有效减少泵的磨损和系统噪声,延长使用寿命,提高系统的可靠性,节约了电能;同时还提高系统的响应速度和稳定精度。对我国选煤厂煤泥水处理工艺有着十分重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 论文的提出
• 1.2 国内外的研究现状和存在的问题
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 存在问题
• 1.3 论文研究意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 文献综述
• 1.5.1 煤泥水的处理意义
• 1.5.2 絮凝机理
• 1.5.3 影响煤泥水沉降的因素
• 1.5.4 现代PLC的发展状况
• 1.5.5 PLC模糊控制器
• 1.6 本章小结
• 2 模糊控制器的设计
• 2.1 模糊控制系统理论概述
• 2.1.1 模糊控制系统的组成
• 2.1.2 模糊控制系统的特点
• 2.2 模糊控制器的结构设计
• 2.3 模糊语言变量的语言值分档和模糊论域分级的选取
• 2.3.1 模糊语言变量语言值分档的选取
• 2.3.2 模糊语言变量模糊论域分级的选取
• 2.4 量化因子及其确定方法
• 2.5 模糊子集隶属函数的确定及其表示方法
• 2.5.1 模糊子集隶属函数的确定
• 2.5.2 语言变量值隶属函数的表示方法
• 2.6 模糊控制规则及算法的确定
• 2.6.1 模糊控制规则的形式
• 2.6.2 算法结构
• 2.7 实时精确量的量化及模糊化
• 2.8 模糊决策
• 2.9 模糊判决
• 2.10 比例因子及清晰量精确化
• 2.11 本章小结
• 3 模糊控制策略的PLC实现
• 3.1 模糊控制器的软件设计
• 3.1.1 模糊控制表的离线生成
• 3.1.2 由模糊控制工具箱生成的控制表
• 3.2 模糊控制器的PLC实现方法
• 3.2.1 加药模糊控制实现的程序设计与研究
• 3.2.2 输入量模糊化算法程序的研究
• 3.2.3 模糊控制查询表查询程序的设计与研究
• 3.2.4 控制量输出程序的设计与研究
• 3.3 本章小结
• 4 自动添加系统的设计与主要设备选型
• 4.1 设计依据
• 4.2 絮凝剂自动添加系统的工艺流程
• 4.3 絮凝剂自动添加系统的结构组成
• 4.3.1 取样装置
• 4.3.2 检测部分
• 4.3.3 控制单元
• 4.3.4 加药设备
• 4.4 电气部分的选型
• 4.4.1 选择驱动泵的电动机
• 4.4.2 变频器的选型
• 4.4.3. PLC的选型
• 4.5 电气控制元件的选择
• 4.5.1 主电路的组成及电气控制元件的选择
• 4.5.2 PLC控制系统的I/O点及地址分配
• 4.5.3 电控系统主电路图
• 4.6 系统程序设计
• 4.7 本章小结
• 5 煤泥水絮凝沉降实验
• 5.1 絮凝沉降实验目的
• 5.2 实验器材和实验药品
• 5.2.1 实验器材
• 5.2.2 实验药品
• 5.3 实验方案、方法和实验过程
• 5.3.1 实验方案
• 5.3.2 试验方法
• 5.3.3 实验过程
• 5.4 试验结果及分析
• 5.4.1 絮凝剂的选择
• 5.4.2 沉降特性试验
• 5.4.3 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 今后的工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果