數(shù)控技術(shù)效字技術(shù)應(yīng)用論污水廠自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)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30060)摘要:系統(tǒng)采用現(xiàn)代先進(jìn)控制思想的分布式計(jì)算杋控制系統(tǒng)即集散型計(jì)算杋控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)¨集中管理,分散控制"的設(shè)計(jì)原則由可編程序控制囂(PLC及自動(dòng)化儀表組成的檢測(cè)控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)分控站,對(duì)污水處理廠各過(guò)程進(jìn)行分散控制;再由通訊系統(tǒng)、欻據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成的中央控制系統(tǒng)及中央控制室對(duì)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,全雙工通信鍵詞:水廠自控設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào):X703.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9416(2015)03-0008-01系統(tǒng)概述:在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,本著系統(tǒng)“夠用、好用、實(shí)用”的原則,整個(gè)設(shè)計(jì)緊密?chē)@技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理為核心,做到技術(shù)、設(shè)場(chǎng)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(jì)理念。備先進(jìn)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則,同時(shí)系統(tǒng)選型和配置具有相應(yīng)的開(kāi)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(gè)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(chǎng)PLC監(jiān)控站能適應(yīng)將來(lái)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(yàn),對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行的下列各項(xiàng)指標(biāo)均可很好地滿(mǎn)100Mbps快速光纖以太網(wǎng)。傳輸介質(zhì)采用光纖。第三層:現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層,由現(xiàn)場(chǎng)PLC低壓電氣柜上智能單元、專(zhuān)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(cè)儀表等組成性,當(dāng)更新的更先進(jìn)的產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí),可完全和目前的產(chǎn)品保持蒹2控制方式主要電控設(shè)備的控制采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、就地檢修控制、遙控總體設(shè)計(jì)思路:系統(tǒng)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選型保證了監(jiān)控系統(tǒng)具備良好控制、自動(dòng)控制控制模式,控制級(jí)別由高到低為:現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)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(mǎn)足監(jiān)控要求。由于地檢修控制、遙控控制、自動(dòng)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(shí)對(duì)現(xiàn)行的(1)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)模式:設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展或修改不會(huì)降低系統(tǒng)的可地/遠(yuǎn)程”開(kāi)關(guān)選擇“就地”方式時(shí),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)設(shè)備的啟/停、開(kāi)/關(guān)操作。計(jì)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(chǎng)控制箱或MCC控制柜上的“就地/間硬件和軟件的互連。在一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里,必然有多個(gè)廠商遠(yuǎn)程”開(kāi)關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”方式時(shí),設(shè)備控制權(quán)在 LCS(Local control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(gè)開(kāi)放 station)控制站。操作人員通過(guò)LCS控制站的操作面板上選擇“手動(dòng)式的、遵循工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在本讠對(duì)每個(gè)產(chǎn)品都進(jìn)行嚴(yán)方式,利用監(jiān)控畫(huà)面或鍵盤(pán)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修操作格選型,提供能夠保護(hù)用戶(hù)投資的、性能價(jià)格比較好的配置方案,為3)遙控模式:即遠(yuǎn)程手動(dòng)控制方式?，F(xiàn)場(chǎng)控制箱或MCC控制將來(lái)的擴(kuò)展消除任何不必要的技術(shù)柜上的“就地/遠(yuǎn)程”開(kāi)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(tái)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(shí),操作人員通過(guò)中控系統(tǒng)操作站的監(jiān)控畫(huà)面件系統(tǒng)平臺(tái)時(shí),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(shì)。用鼠標(biāo)器或鍵盤(pán)選擇“遙控”對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟/停、開(kāi)/關(guān)操作1控制層次(4)自動(dòng)模式:現(xiàn)場(chǎng)控制箱或MCC控制柜上的“就地/遠(yuǎn)程”開(kāi)關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”方式,且LCS控制站的“自動(dòng)/遙控”設(shè)定為“自動(dòng)”方式時(shí),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(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程圖來(lái)完成對(duì)設(shè)備的運(yùn)行或開(kāi)/關(guān)控制,而不需要人工干預(yù)手動(dòng)方式是操作人員的專(zhuān)有權(quán)利,因?yàn)檫^(guò)程連鎖在此模式下無(wú)效;而自動(dòng)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(guò)程越近的控制層具有更高的優(yōu)先權(quán)3控制原則(1)下級(jí)優(yōu)先。當(dāng)控制場(chǎng)所“就地/遠(yuǎn)程”開(kāi)關(guān)選擇“就地”方式時(shí),LCS控制站及中心調(diào)度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視,無(wú)權(quán)進(jìn)行控制。當(dāng)選擇“遠(yuǎn)程”控制時(shí),允許LCS控制站及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制當(dāng)被控設(shè)備退回“就地”控制時(shí),在LCS控制站及計(jì)算機(jī)側(cè)操作控制該設(shè)備,系統(tǒng)彈出報(bào)警窗口,提示“禁止操作!設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)操作手動(dòng)干預(yù)是操作人員的專(zhuān)有權(quán)利;而自動(dòng)模式下,安全連鎖是圖1下轉(zhuǎn)第10頁(yè)收稿日期:2015-03-26作者筒介:周關(guān)軍(197θ—)男,漢族,河南人,畢業(yè)于中國(guó)工業(yè)工程學(xué)院,現(xiàn)就職于天津市中環(huán)系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司項(xiàng)目一部,大學(xué)專(zhuān)科,助理工程師研究方向:水廠自動(dòng)化控制;胡潁(1988—女,漢族,天津人,畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)院,現(xiàn)就職于天津市中環(huán)系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司項(xiàng)目一部大學(xué)本科,助理工程師研究方向水廠自動(dòng)化控制。8數(shù)控技術(shù)效字技術(shù)應(yīng)用u(k)=u(k-1)+k>w(k),(ki個(gè)符號(hào)出現(xiàn)在基因座上的概率,M為抗體長(zhǎng)度。按A(N=+mN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)模增加而減少,本文取0.2),說(shuō)明多樣性符合要求,則計(jì)數(shù)器加1,判斷是否達(dá)到截至代數(shù),如是,輸出最高親和度的個(gè)體,否則,轉(zhuǎn)入(3);如其值(k+1)=a()+功:(1-6)大于A0,說(shuō)明多樣性不符合要求,則程序向下執(zhí)行。(k+1)=o2(k)+n2(7)隨機(jī)產(chǎn)生P個(gè)新抗體,使抗體總數(shù)為N+P(+1)=2(k)+”a其中=K(k+Dgm2(k+Dau(k))(e(k)+Ae(k)), sgn(r)+.x>0c1=(抗體和度大于的抗體數(shù))N12,其中A訂=1/1+H(2)131,x<0為抗體間相似度,Ai為相似度常數(shù),本文取0.8。綜合評(píng)價(jià)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,得到抗體的聚合適應(yīng)度公式免疫遺傳算法首先接收一個(gè)抗原(對(duì)應(yīng)特定問(wèn)題),然后隨機(jī)產(chǎn)ness= fitness*exp(k*C)(14聚合適應(yīng)度f(wàn)es實(shí)質(zhì)是對(duì)抗體適生一組初始抗體對(duì)應(yīng)初始候選解)接著計(jì)算每一抗體的適應(yīng)度,對(duì)應(yīng)度血me進(jìn)行修正對(duì)于最大優(yōu)化間題,式(14)中k為負(fù)數(shù),本文抗體進(jìn)行交叉和變異。再通過(guò)基于濃度的群體更新策略生成下一代抗體群,直至滿(mǎn)足終止條件,算法結(jié)束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,則讠(1)讀入初始化文件。根據(jù)給定問(wèn)題(視為抗原進(jìn)行具體分析免疫遺傳算法憂(yōu)化輸出聚合適應(yīng)度最高的最優(yōu)抗體,并譯碼從中提取最基本的特征信息,根據(jù)這種信息而得出的一類(lèi)解即為抗3仿真圖形(2)產(chǎn)生初始群體(抗體)并編碼。如果是記憶中的抗丿經(jīng)過(guò)免疫遺傳算法的一系列的操作全局尋優(yōu)過(guò)程,得到最優(yōu)的記憶細(xì)胞中提取出相應(yīng)的抗體組成GA的初始群體;否則,隨機(jī)產(chǎn)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(jì)的控制器對(duì)其進(jìn)行組成基因碼中,每個(gè)參數(shù)的范圍均在0-3之間;設(shè)置種群規(guī)模仿真,你直結(jié)果如31所示N=30,進(jìn)化代數(shù)G=100本文設(shè)計(jì)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(3)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值(個(gè)體適應(yīng)值)按編碼規(guī)則來(lái)計(jì)算群體中每各項(xiàng)性能指標(biāo),而且通過(guò)免疫算法的尋優(yōu)節(jié)省了大量的人工和時(shí)間個(gè)體的適應(yīng)值。為獲取滿(mǎn)意的過(guò)渡動(dòng)態(tài)特性,采用誤差絕對(duì)值時(shí)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(shí),為了防止控反復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。制能量過(guò)大,在目標(biāo)函數(shù)中加入控制輸入的平方項(xiàng)4結(jié)語(yǔ)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(jì)了基于免(wle(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(jì)的神式中,e()為系統(tǒng)誤差,t()為控制器輸出,t為上升時(shí)間v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w,為權(quán)值。為了避免超調(diào),可釆用懲罰功能,即一旦產(chǎn)生超調(diào),將超效果,同時(shí)也表明了采用免疫算法對(duì)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(xiàng),此時(shí)最優(yōu)指標(biāo)為:數(shù)是有效合理的。ife(0)<0(2-2)參考文獻(xiàn)J=[(w()+n2(0)+ke()+w2·1na23)[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(guó)電力出版社,2003式中,4為權(quán)值,且v4>w(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[2]李浩,孫海蓉.300M機(jī)組數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH仿真機(jī)研發(fā)個(gè)體代替記憶細(xì)胞中適應(yīng)度值低的個(gè)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[.電源技術(shù)應(yīng)用,2013,(8):342(5產(chǎn)生新抗體。按交叉概率p變異概率pm進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)遺傳算[4]宮赤坤,華澤釗RBF網(wǎng)絡(luò)在線辨識(shí)的神經(jīng)元控制[J]自動(dòng)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(jì)算。按H(M)=M∑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(shí)的PD控制J]自熵,其中〃(N)=;P為第N個(gè)抗體基因座的信息熵,為第動(dòng)化與儀表,2006,21(5):40-43上接第8頁(yè)提示處理方式。但不進(jìn)行復(fù)雜的判斷和自動(dòng)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(guò)生報(bào)警時(shí)刻的狀態(tài)由運(yùn)行人員決定是否將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備退回現(xiàn)場(chǎng)操作程越近的控制層具有更高的優(yōu)先權(quán)(4)全自動(dòng)運(yùn)行時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障情況的處理。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)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(shí),計(jì)算機(jī)彈出該設(shè)備關(guān)聯(lián)的幾臺(tái)設(shè)備之中,只要有一臺(tái)設(shè)備故障或退到“就地”控制,這的報(bào)警信息,并記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)控制站啟動(dòng)事故處理程序,幾臺(tái)設(shè)備便要全部退出系統(tǒng)。這時(shí),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(dòng)啟動(dòng)備用設(shè)備行監(jiān)控(5)水泵、閥門(mén)的“一步化”。各類(lèi)泵,凡涉及到與其聯(lián)動(dòng)控制的(3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障情況的處理。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)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(mén)),需要按一定順序啟/停的場(chǎng)合,稱(chēng)故障,且不會(huì)影響工藝正常運(yùn)行和造成事故時(shí),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)報(bào)警,并作”一步化”控制。該“一步化”的順序控制過(guò)程由PLC控制系統(tǒng)完成上接第7頁(yè)泵相關(guān)機(jī)械或電氣方面的故障將不會(huì)影響整個(gè)高壓水系統(tǒng)的正?；靡挥脙蓚?兩條線材同時(shí)生產(chǎn)時(shí),采用兩用一備對(duì)于電控系統(tǒng)運(yùn)行的改造涉及增加備用泵選擇(任何一臺(tái)潤(rùn)滑泵備用),備用泵模式選改造主要針對(duì)程序、畫(huà)面及參數(shù)等方面的改動(dòng),而牽扯到擇(用兩備或兩用一備)等轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),通過(guò)原設(shè)計(jì)中已有的潤(rùn)滑壓成本的硬件改動(dòng)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(lái)決定備用泵的投入與否,當(dāng)潤(rùn)滑壓力小于0.2Ma持續(xù)1特點(diǎn),也是我們工程技術(shù)人員的改造的初衷目標(biāo)。后經(jīng)證實(shí),以上改秒以上時(shí),便自動(dòng)啟動(dòng)備用泵這樣,由于備用泵可隨時(shí)啟動(dòng),潤(rùn)滑造對(duì)設(shè)備故障率的減少、生產(chǎn)的穩(wěn)定起到了關(guān)鍵性的作用。10