湿法脱硫真空皮带机运行控制分析与改进

摘 要：介绍了真空皮带机脱水过程的基本原理及其在石灰石-石膏湿法脱硫中的应用情况；分析了PID控制真空皮带机运行原理；由于系统的滞后严重，采用模糊控制，并使系统的响应得到了较好的改善，实际应用结果证明了理论的正确性。

关键词：真空皮带机；PID控制；变频；模糊

1、真空皮带机运行控制分析与改进

在脱水系统中，，每套真空皮带脱水子系统装有一就地控制柜，控制柜上设有皮带电机手动/远程、启动/停机、增速/减速运行/跳闸和用于检查其性能状况指示灯测试开关或按钮。皮带机的两侧各设计有一个皮带跑偏、滤布跑偏、拉索安全开关，在真空箱密封水管道和皮带润滑水管道上装设有3个流量开关，这些开关信号均作为在DCS系统中启动或停机的联锁条件，如果运行过程中，任何一个开关动作，并且一直保持存在着动作的状态，则控制回路设计时间延时5S皮带机的保护回路动作，DCS回路送出跳闸信号，停脱水皮带机。

在真空皮带机运行启动前各设备的状态及各开关信号的状态必须处于正确位置，即启动前拉索安全开关、皮带，滤布跑偏开关必须处于正常复位状态，同时变频器不能处于故障状态以及皮带润滑油/真空箱密封水流量必须高于“低”设定点，当DCS操作员在远程模式启动皮带程序时，脱水机驱动电机将自动启动。在真空脱水皮带机控制系统中，一般的真空脱水变频控制思路是：现场操作人员可从DCS操作站给真空皮带机变频传动控制下达石膏厚度设定值，同时超声波测厚仪向DCS反馈实际值，这样就形成了一个自动闭环控制调节回路（见图二）。在真空皮带机正常运行时，皮带脱水机速度可连续调整以维持皮带上方石膏饼的厚度，石膏饼厚度减少，则速度降低，厚度增大则速度提高[2]。实践证明，实际运行的系统存在严重滞后，采用常规的PID控制，其效果并不理想。本文设计出了模糊控制器，使系统的稳定性得到了改进。

2. 基于常规PID控制的真空皮带机运行

PID控制作为传统的控制方法，由于其简单有效，广泛应用于各种工业过程控制中，尽管现今提出了各种现代控制理论，其理论效果很完美，但却很难普遍应用于实际。PID控制是根据测量值与设定值之间的偏差经过比例、积分、微分计算来得到输出值，并将该值输出到执行器上。PID控制的算法可以表示为：

（3-1）

式中，u（t）为PID算法的输出；e（t）为输入偏差；Kp为比例系数；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数。

在计算机控制系统里，PID算法的实现形式主要有以下两种：

（1） 位置式

将式（3-1）离散化便可以得到在计算机控制系统中使用的数字PID位置式算法：

（3-2）

式中，Ki为积分系数；Kd为微分系数。

（2）增量式

将第k个采样周期的算法输出与第k-1个采样周期输出相减，经整理后便得到：

（3-3）

增量式算法与位置算法本质上无大区别，但却带来不少的优点：算式中不需要累加，控制增量Δu（k）的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程；手动—自动切换时冲击小，当控制从手动向自动切换时，可以作到无忧切换。

3. 基于模糊控制的真空皮带机运行

采用模糊控制算法进行真空皮带机运行控制能较好地克服控制对象的纯滞后问题，提高控制精度。真空皮带机运行模糊控制系统一般可分为五个组成部分，如图3-2所示：1）模糊控制器，是各类自动控制系统中的核心部分。2）输入/输出接口。模糊控制器通过输入/输出接口从被控制对象获取数字信号量，并将模糊控制器决策的输出数字信号经过数模转换，将其转变为模拟信号，然后送给被控对象。在I/O接口装置中，除A/D、D/A转换外，还包括必要的电平转换电路。3）真空皮带机变频器。用来调节真空皮带机电动机转速。4）被控对象。真空皮带机的运行难以建立精确数学模型，更适宜采用模糊控制。5）超声波测厚仪传感器。传感器是将被控对象或过程的被控量转换为电信号的一类装置。

针对皮带机脱水的特性，选择对控制过程中影响最大的厚度偏差e及偏差变化率de作为输入，构成二维模糊控制，e=r-y，其中r表示参考输入石膏厚度，y表示系统输出实际石膏厚度，de=et-et-1其中et为t时刻的输出误差，et-1为t-1时刻的输出误差。输出为真空皮带机的频率u，刻划偏差e与偏差变化de和输出u的语言项有：e或de为{负，零，正}={Negative，Zero，Positive}；u为{负大、负中、负小、零，正小，正中，正大}={ZB，ZM，ZS，ZO，PS，PM，PB}。真空皮带的厚度调节为了防止系统在自动控制方式下出现振荡发散的失控现象，当厚度偏差的绝对值超过20mm时，系统控制切换到手动调节方式下，并发出声音报警[3]。因此厚度偏差e的基本论域可选中[-8，8]，厚度变化率de的基本论域为[-2，2]。输出变量u为真空皮带频率，其基本论域为[15，40]。隶属函数都取三角形，解模糊采用工业控制中广泛使用的加权平均法。

4 结束语

石膏脱水系统是湿法脱硫系统重要的组成部分，关系到石膏的品质、废水的排放、以及脱硫综合成本的高低，真空脱水皮带机的稳定运行是石膏脱水系统的有力保障。采用常规PID控制时，不能保证收敛与调节速度都能达到满意的效果，实际应用系统的调节速度缓慢，有时出现振荡失稳。采用模糊控制时，效果得到了明显的改善，对于较大的波动都能够较快的稳定下来，稳定性大为提高参考文献

[1] 阎维平，刘忠，王春波等.电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2] 吴跃鹏.浅析沙角A电厂300MW机组FGD脱水率的设计和控制[J].自动化与仪器仪表，2005年第3期：17～19

[3] 吴锦源，徐丽杰，李亘军，曹玉山.基于模糊PID的湿法脱硫系统石膏厚度控制的研究[J].电气应用，2006年第7期：116～118

作者简介

张彦荣，山西大唐国际云冈热电有限责任公司设备部脱硫点检员。