數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用論污水廠自控系統(tǒng)設(shè)計方案周關(guān)軍胡穎(天津市中環(huán)系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司 天津300060)摘要:系統(tǒng)采用現(xiàn)代先進(jìn)控制思想的分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)即集散型計算機(jī)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)“集中管理,分散控制”的設(shè)計原則。由可編程序控制器(PLC )及自動化儀表組成的檢測控制系統(tǒng)及現(xiàn)場分控站,對污水處理廠各過程進(jìn)行分散控制;再由通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計算機(jī)組成的中央控制系統(tǒng)及中央控制室，對全廠實(shí)行集中管理。各分控站與中央控制室之間由工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用冗余的環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)，100Mbps傳輸速率，全雙工通信。關(guān)鍵詞:水廠自控設(shè)計中圖分類號:X703.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1007-9416(2015)03-0008-01系統(tǒng)概述:在本次系統(tǒng)設(shè)計中,本著系統(tǒng)“夠用、好用、實(shí)用”的整個系統(tǒng)由三層組成,從上到下依次為信息管理層、控制層.現(xiàn)原則,整個設(shè)計緊密圍繞技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理為核心,做到技術(shù).設(shè)場設(shè)備層金字塔結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“集中管理.分散控制”的設(shè)計理念。備先進(jìn)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，同時系統(tǒng)選型和配置具有相應(yīng)的開放第一層:信息管理層，由操作員站.投影儀、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)性、可靠性、易用性。和打印機(jī)等組成的控制設(shè)備構(gòu)成。整個系統(tǒng)保持了一定的先進(jìn)性,采用的設(shè)備和技術(shù)是當(dāng)前世界第二層:控制層,由分散在各主要構(gòu)筑物內(nèi)的現(xiàn)場PLC監(jiān)控站先進(jìn)的技術(shù)和發(fā)展方向,能適應(yīng)將來的科技發(fā)展,并且具有廣泛的和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成。采用基于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的全雙工行業(yè)成功應(yīng)用經(jīng)驗，對系統(tǒng)的運(yùn)行的下列各項指標(biāo)均可很好地滿100Mbps快速光纖以太網(wǎng)。傳輸介質(zhì)采用光纖。足。。第三層:現(xiàn)場設(shè) 備層,由現(xiàn)場PLC、低壓電氣柜上智能單元、專所提供的包括系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件在內(nèi)的所有產(chǎn)品,在當(dāng)前均用工 藝設(shè)備附帶的智能控制器、受控設(shè)備及檢測儀表等組成。具有先進(jìn)性,同時所提供產(chǎn)品的廠家具有良好的產(chǎn)品及系統(tǒng)兼容2控制方式性，當(dāng)更新的.更先進(jìn)的產(chǎn)品出現(xiàn)時,可完全和目前的產(chǎn)品保持兼主要電控設(shè)備的控制采用現(xiàn)場手動控制、就地檢修控制.遙控容?？傮w設(shè)計思路:系統(tǒng)設(shè)計及產(chǎn)品選型保證了監(jiān)控系統(tǒng)具備良好控制 :自動控制控制模式,控制級別由高到低為:現(xiàn)場手動控制、就的擴(kuò)展能力，以適應(yīng)今后系統(tǒng)的擴(kuò)建或改造,并滿足監(jiān)控要求。由于地檢修控制.遙控控制、自動控制。采用標(biāo)準(zhǔn)化的主流產(chǎn)品最大限度地降低了在系統(tǒng)擴(kuò)展時對現(xiàn)行的(1)現(xiàn)場 手動模式:設(shè)備的現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜上的“就設(shè)備及軟件重新設(shè)置,而且對系統(tǒng)的擴(kuò)展或修改不會降低系統(tǒng)的可地 遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇“就地”方式時,通過現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜靠性、可用性及安全性。上的按鈕實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的啟/停，開/關(guān)操作。計算機(jī)管理系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)信息及資源的共享,完成不同廠商(2) 就地檢修維護(hù)模式:現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜上的“就地/間硬件和軟件的互連,在一一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里,必然有多個廠商遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇.遠(yuǎn)程”方式時,設(shè)備控制權(quán)在LCS(Localcontrol的硬件及軟件，為了確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有互操作性，應(yīng)建立一個開放station)控制站 。操作人員通過LCS控制站的操作面板上選擇“手動”式的、遵循工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在本設(shè)計中，對每個產(chǎn)品都進(jìn)行嚴(yán)方式， 利用監(jiān)控畫面或鍵盤對設(shè)備進(jìn)行檢修操作。格選型,提供能夠保護(hù)用戶投資的.性能價格比較好的配置方案,為(3)遙控模式:即遠(yuǎn)程手動控制方式?，F(xiàn)場控制箱或MCC控制將來的擴(kuò)展消除任何不必要的技術(shù)障礙。柜上的“就地/遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”方式，且LCS控制站的操作面由于軟件系統(tǒng)平 臺是基于內(nèi)部工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,因此在規(guī)劃軟板 上選擇“遙控”方式時.操作人員通過中控系統(tǒng)操作站的監(jiān)控畫面件系統(tǒng)平臺時,充分考慮利用高速可靠網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，發(fā)揮它的整體優(yōu)勢。用鼠標(biāo)器 或鍵盤選擇'遙控”方式并對設(shè)備進(jìn)行啟/停開/關(guān)操作。(4)自動模式:現(xiàn)場控制箱或MCC控制柜上的“就地/遠(yuǎn)程”開1控制層次關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”方式,且LCS控制站的“自動/遙控”設(shè)定為“自動”方式時,設(shè)備的運(yùn)行完全由各LCS根據(jù)污水處理廠的工況及生產(chǎn)要求污水自動控制系統(tǒng)工藝說程圖E來完成對設(shè)備的運(yùn)行或開/關(guān)控制，而不需要人工干預(yù)手動方式是操作人員的專有權(quán)利，因為過程連鎖在此模式下無效;而自動模式下,安全連鎖是有效的，并限制操作的可能性,可防止非正常狀態(tài)下運(yùn)行。離工藝過程越近的控制層具有更高的優(yōu)先權(quán)19Pa3控制原則(1)下級優(yōu)先。當(dāng)控制場所“就地/遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇“就地”方式3 632.0時,LCS控制站及中心調(diào)度計算機(jī)系統(tǒng)只對現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)15.16C1行監(jiān)視，無權(quán)進(jìn)行控制。當(dāng)選擇“遠(yuǎn)程”控制時,允許LCS控制站及計算機(jī)系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。當(dāng)被控設(shè)備退回“就地”控制時,在LCS控制站及計算機(jī)側(cè)操作控制該設(shè)備，系統(tǒng)彈出報警窗口,提示“禁止操作!設(shè)備在現(xiàn)場操作位置”手動干預(yù)是操作人員的專有權(quán)利;而自動模式下,安全連鎖是.....下轉(zhuǎn)第10頁收稿日期:2015-03-26作者簡介:周關(guān)軍(1970- ),男,漢族,河南人畢業(yè)于中國工業(yè)工程學(xué)院,現(xiàn)就職于天津市中環(huán)系統(tǒng)T程有限責(zé)任公司項目一部,大學(xué)?？?助理工程師,研究方向:水廠自動化控制;胡穎( 1988一)女,漢族,天津人，畢業(yè)于中國煤化工天津市中環(huán)系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司項目一部,大學(xué)本科,助理工程師，研究方向:水廠自動化控制。YHCNMHG數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用|u(k)= u(k-1)+KE n(k)x,(k)i個符號出現(xiàn)在基因座j上的概率,M為抗體長度。按d(N=+H(N)]得到抗體群的親和度,如其值小于閾值A(chǔ)0(A0值隨群體規(guī)模增加而W(k)=減少,本文取0. 2),說明多樣性符合要求，則計數(shù)器加1,判斷是否達(dá)wy(k)到截至代數(shù),如是,輸出最高親和度的個體,否則轉(zhuǎn)入(3);如其值a(k+1)= o(k)+η,2(1- 6)大于AO, 說明多樣性不符合要求，則程序向下執(zhí)行。o,(k +1)= a()+n.2(7)隨機(jī)產(chǎn)生P個新抗體，使抗體總數(shù)為N+P。0.(+1)= o,()+76Q(8)抗體濃度的群體更新及多樣性保持。抗體濃度按式(12)計算其中2= KE(k + I)sgn('2y(k+1)、(e(k)+ Ae(k) , sgn(x) =J+1,x>0Ci=(抗體i親和度大于的抗體數(shù))/N(12),其中Aij=1/[ 1+H(2)](13) .Ou(k)l-1,x<0為抗體間相似度,Aij為相似度常數(shù),本文取0.8。綜合評價抗體的適2基于免疫遺傳算法改進(jìn)神經(jīng)元PID控制應(yīng)度與抗體濃度，得到抗體的聚合適，適應(yīng)度公式免疫遺傳算法首先接收一-個抗原(對應(yīng)特定問題),然后隨機(jī)產(chǎn)fitness = fitness *exp(k *C)(14)聚合適應(yīng)度fitness'實(shí)質(zhì)是對抗體適生一組初始抗體(對應(yīng)初始候選解),接著計算每一抗體的適應(yīng)度,對應(yīng)度fitness進(jìn)行修正。對于最大優(yōu)化問題,式(14)中k為負(fù)數(shù),本文抗體進(jìn)行交叉和變異。再通過基于濃度的群體更新策略生成下一代(9)判斷是否達(dá)到截至代數(shù)或抗體平均濃度穩(wěn)定,如不是,則計抗體群，直至滿足終止條件,算法結(jié)束。免疫遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的基本步驟:數(shù)器加1,并轉(zhuǎn)入(3);否則輸出聚合適應(yīng)度最高的最優(yōu)抗體,并譯碼。(1)讀入初始化文件。根據(jù)給定問題(視為抗原)進(jìn)行具體分析，免疫遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的流程圖,如圖2-1所示。從中提取最基本的特征信息,根據(jù)這種信息而得出的-類解即為抗3 仿真圖形本。(2)產(chǎn)生初始群體(抗體)并編碼。如果是記憶中的抗原，則從經(jīng)過免疫遺傳算法的一系列的操 作全局尋優(yōu)過程,得到最優(yōu)的記憶細(xì)胞中提取出相應(yīng)的抗體組成IGA的初始群體;否則,隨機(jī)產(chǎn)加權(quán)函數(shù)并設(shè)計基于免疫算法的神經(jīng)元自適應(yīng)控制器。針對被控系生初始群體。采用二進(jìn)制編碼，將待優(yōu)化的4個參數(shù)K、ηp17、統(tǒng)可能出現(xiàn)的四種參數(shù)變化情況,應(yīng)用本文設(shè)計的控制器對其進(jìn)行組成基因碼串，每個參數(shù)的范圍均在0~ 3之間,設(shè)置種群規(guī)模仿真，仿真結(jié)果如3- 1所示。本文設(shè)計的基于免疫算法優(yōu)化的神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器在針N=30， 進(jìn)化代數(shù)G= 100。對系統(tǒng)模型參數(shù)發(fā)生變化時,其表現(xiàn)出的控制效果符合系統(tǒng)控制的(3)計算目標(biāo)函數(shù)值(個體適應(yīng)值)。按編碼規(guī)則來計算群體中每各項性能指標(biāo)，而且通過免疫算法的尋優(yōu)節(jié)省了大量的人工和時間一個體的適應(yīng)值。為獲取滿意的過渡動態(tài)特性,采用誤差絕對值時反復(fù)試驗設(shè)計。間積分性能指標(biāo)作為參數(shù)選擇的最小目標(biāo)函數(shù);同時,為了防止控4結(jié)語制能量過大,在目標(biāo)函數(shù)中加入控制輸人的平方項。選取的最優(yōu)指標(biāo)為:免疫算法和神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制進(jìn)行了結(jié)合,設(shè)計了基于免J= I (n1]e()+ wu())dt +w●t,(2-1)疫算法優(yōu)化的控制器。仿真結(jié)果表明,采用免疫算法優(yōu)化設(shè)計的神式中,e()為系統(tǒng)誤差, u()為控制器輸出,1。為上升時間n經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中取得了良好的控制,為權(quán)值。避免超調(diào)，可采用懲罰功能，即- I旦產(chǎn)生超調(diào),將超 效果,同時也表明了采用免疫算法對于找出符合性能要求的加權(quán)函調(diào)量作為最優(yōu)指標(biāo)的一-項,此時最優(yōu)指標(biāo)為:數(shù)是有效合理的。ife(1)<0(2-2)參考文獻(xiàn)J=[" (mle()+ wsur()+wle()dt+wg●l. (2-3) [1]肖增弘,徐 豐汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)[M.北京:中國電力出版社,2003.式中,W4為權(quán)值，且w4 > W1.[2]李浩,孫海蓉300 MW機(jī)組數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH仿真機(jī)研發(fā)(4)演變記憶細(xì)胞。若是新抗原,則用當(dāng)前群體中適應(yīng)度值高的[J].電力科學(xué)與工程,2013,29(5):62-66.個體代替記憶細(xì)胞中適應(yīng)度值低的個體;否則,將當(dāng)前群體中適應(yīng)[3]邢宏.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)故障分析與處理[J].電源技術(shù)應(yīng)度值高的個體加入至記憶細(xì)胞中。(5)產(chǎn)生新抗體。按交叉概率pc.變異概率pm進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)遺傳算用,201 3.(8):342.[4]官赤坤,華澤釗.RBF網(wǎng)絡(luò)在線辨識的神經(jīng)元控制[J].自動化儀表,法相同的交叉和變異操作。2002,23(11):17-20.(6)信息熵及相似度計算。按H(N)=-2得抗體群的平均信息[5]李紹銘， 劉寅虎.基于改進(jìn)型RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識的PID控制[J].自嫡，其中"(N-Lp.1og,P,!為第N個抗體基因座j的信息熵，pi為第動化與儀表,2006,21(5):40-43....... 上接第8頁提示處理:方式。但不進(jìn)行復(fù)雜的判斷和自動故障處理。系統(tǒng)停留在發(fā)有效的,并限制操作的可能性,可防止非正常狀態(tài)下運(yùn)行。離工藝過生報警時刻的狀態(tài)。由運(yùn)行人員決定是否將現(xiàn)場設(shè)備退回現(xiàn)場操作。程越近的控制層具有更高的優(yōu)先權(quán)。(4)全自動運(yùn)行時現(xiàn)場設(shè)備故障情況的處理。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備發(fā)生(2)設(shè)備的分組控制。設(shè)備的分組控制,是指在工藝上具有邏輯故障，影響工藝正常運(yùn)行或有可能造成事故時，計算機(jī)彈出該設(shè)備關(guān)聯(lián)的幾臺設(shè)備之中，只要有一一臺設(shè)備故障或退到“就地”控制.這的報警信 息,并記錄到數(shù)據(jù)庫。同時現(xiàn)場控制站啟動事故處理程序，幾臺設(shè)備便要全部退出系統(tǒng)。這時,將這些設(shè)備的控制分在一-組進(jìn)使工藝設(shè)備置 于安全狀態(tài)并自動啟動備用設(shè)備。行監(jiān)控。(5)水泵.閥門的“一步化”。各類泵,凡涉及到與其聯(lián)動控制的(3)現(xiàn)場設(shè) 備故障情況的處理。當(dāng)現(xiàn)場單體儀表、被控設(shè)備發(fā)生設(shè) 備(一般指泵的進(jìn)/出口閥門)，需要按-定順序啟停的場合,稱故障，不會影響工藝正常運(yùn)行和造成事故時，計算機(jī)系統(tǒng)報警,并E作“一步化”控制。該“一步化’的順序控制過程由PLC控制系統(tǒng)完成。.....上接第7頁泵相關(guān)機(jī)械或電氣方面的故障將不會影響整個高壓水系統(tǒng)的正?；靡挥脙蓚?兩條線材同時生產(chǎn)時,采用兩用一- 備。對于電控系統(tǒng)運(yùn)行。的改造涉及增加備用泉選擇(任何備用),備用泵模式選以上改造主要針對程序.畫面及參數(shù)等方面的改動，而牽扯到擇(一用兩備或兩用一.備)等轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過原設(shè)有的潤滑壓成本的硬件改動并不大。成本低廉效果顯著.便是這套系統(tǒng)改造的力表反饋來決定備用泵的投入與否,當(dāng)潤滑壓力小于0.2Mpa持續(xù)1特 點(diǎn),也是我們工中國煤化工。后經(jīng)證實(shí),以上改秒以上時，便自動啟動備用泵。這樣,由于備用泵可隨時啟動，潤滑造對設(shè)備故障率的YHCNMHG建性的作用。.10 )