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          基于PLC的油田污水處理模糊控制系統(tǒng)設(shè)計

          作者: 時間:2012-03-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1 引 言

          在工業(yè)過程控制中,PID控制適合于可建立數(shù)學(xué)模型的確定性。但在實際的工業(yè)過程中存在很多非線性或時變不確定的系統(tǒng),使PID控制器的參數(shù)整定煩瑣且控制效果也不理想。近年來,隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了許多新型的控制方法,控制就是其中之一。控制不需要掌握控制對象的精確數(shù)學(xué)模型,而是根據(jù)控制規(guī)則決定控制量的大小。這種控制方法對于存在滯后或隨機干擾的系統(tǒng)具有良好的控制效果。具有很高的可靠性,抗干擾能力強,并可將控制器方便地用軟件實現(xiàn)。因此,用構(gòu)成模糊控制器用于是一種新的嘗試,不僅使更加可靠,而且取得了較好的控制效果。

          2 工藝簡介

          目前我國許多處于二次采油期,即注水開采期,所采的油中含有大量的污水。的目的是將處理后的水回注地層以補充、平衡地層壓力,防止注入水和返回水腐蝕注水管和油管,避免注入水使注水管、油管和地層結(jié)垢。其處理方法是使用A、B、C三種藥劑,其中A劑為pH值調(diào)整劑,B劑為沉降劑,C劑為阻垢劑。其工藝流程方案如圖2—1所示。根據(jù)工藝要求,關(guān)鍵是在混合罐中對污水添加A劑提高污水的pH值(即控制pH2)以減少腐蝕。添加B劑可加速污水中絮狀物的沉淀。添加C劑可減緩污水在注水管和油管中的結(jié)垢。該系統(tǒng)屬非線性、大滯后系統(tǒng),其對象的精確數(shù)學(xué)模型難以獲得,采用PID反饋控制效果不是很理想,且采油聯(lián)合站都位于偏僻的地方,環(huán)境惡劣。因此,該污水處理系統(tǒng)采用了的模糊控制來提高系統(tǒng)的控制精度和可靠性,從而滿足工藝要求。

          3 模糊控制原理

          控制系統(tǒng)采用“雙入單出”的模糊控制器[1]。輸入量為pH值給定值與測量值的偏差e以及偏差變化率ec,輸出量為向加藥泵供電的變頻器的輸入控制電壓u。圖3—1為模糊控制系統(tǒng)的方框圖[2]。控制過程為控制器定時采樣pH值和pH值變化率與給定值比較,得pH值偏差e以及偏差變化率ec,并以此作為PLC控制器的輸入變量,經(jīng)模糊控制器輸出控制變頻器輸出頻率n,從而改變加藥量使pH值保持穩(wěn)定。

          模糊控制器包括輸入量模糊化、模糊推理和解模糊3個部分。E和Ec分別為e和ec模糊化后的模糊量,U為模糊控制量,u為U解模糊化后的精確量。

          3.1 輸入模糊化

          在模糊控制器中,設(shè)E的詞集為[NB,NM,NS,N0,P0,PS,PM,PB][3],論域為[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6];Ec和U的詞集為[NB,NS,NM,0,PS,PM,PB],論域為[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6]。令-1),pH0表示期望值。然后,將e、ec和u模糊化,根據(jù)pH值控制的經(jīng)驗可得出變量E、Ec和U的模糊化量化表。表3—1為變量E的賦值表。

          3.2 模糊決策和模糊控制規(guī)則

          總結(jié)污水處理過程中pH值的控制經(jīng)驗,得出控制規(guī)則,如表3—2所示。選取控制量變化的原則是:當(dāng)誤差大或較大時,選擇控制量以消除誤差為主。而當(dāng)誤差較小時,選擇控制量要注意防止超調(diào),

          以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主。例如,當(dāng)pH值低很多,且pH值有進一步快速降低的趨勢時,應(yīng)加大藥劑的投放量??捎媚:Z句實現(xiàn)這條規(guī)則(IFE=NB ANDEc=NB THEN U=PB)。當(dāng)誤差為負(fù)大且誤差變化為正大或正中時,控制量不宜再增加,應(yīng)取控制量的變化為0,以免出現(xiàn)超調(diào)。一共有56條規(guī)則。每條規(guī)則的關(guān)系Rk可表示為:

          7)根據(jù)每條模糊語句決定的模糊關(guān)系Rk(k=1,2,…,56),可得整個系統(tǒng)控制規(guī)則總的模糊關(guān)系R。

          3.3 輸出反模糊化

          根據(jù)模糊規(guī)則表取定的每一條模糊條件語句都計算出相應(yīng)的模糊控制量U,由模糊推理合成規(guī)則,可得如下關(guān)系:

          以此得出模糊控制量,如表3—3所示。然后依據(jù)最大隸屬度法,可得出實際控制量u。再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬電壓,去改變變頻器的輸出頻率n,通過 加藥泵控制加藥量調(diào)節(jié)pH值,從而完成控制任務(wù)。

          4 模糊控制算法的PLC實現(xiàn)

          在控制系統(tǒng)中選用了OMRON公司的CQM1型PLC。首先將模糊化過程的量化因子置入PLC的保持繼電器中,然后利用A/D模塊將輸入量采集到PLC的DM區(qū),經(jīng)過限幅量化處理后,根據(jù)所對應(yīng)的輸入模糊論域中的相應(yīng)元素,查模糊控制量表求出模糊輸出量,再乘以輸出量化因子即可得實際輸出值,由D/A模塊輸出對pH值進行控制。

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