一种SDS干法脱硫全量PID控制系统的制作方法

一种sds干法脱硫全量pid控制系统
技术领域
1.本发明属于环境保护中的脱硫技术领域，具体涉及一种sds干法脱硫全量pid控制系统。


背景技术：

2.目前适用于环保行业玻璃、水泥、冶金、煤电厂的脱硫污染物治理方法中，最为新颖、广泛、高效、经济的治理工艺主要采用钠基干法脱硫(sds)来实现。依据烟气脱硫过程主要采用化学吸收的原理，钠基干法脱硫主要以小苏打为吸收剂完成脱硫过程，添加的方式主要通过将原料小苏打经研磨系统细化后，输送至烟气管道，吸收反应后将二氧化硫去除。其中：关键控制点为研磨细化后的小苏打输送量，输送量过少则二氧化硫吸收不完全，输送量过多会造成管道结晶以及后道布袋系统压力。因此，sds脱硫过程需严格控制小苏打的输送量，不仅需实时关注入口二氧化硫浓度，还需根据经验判断小苏打的输送量，控制稳定性差；这对主控操作人员的能力有较高的要求，人员依赖性大。
3.由此可见，第一：sds脱硫工艺中二氧化硫浓度不稳定，造成小苏打的输送量波动，控制难度大，容易出现多喷或少喷，不但造成原辅料的浪费，更大大影响工艺稳定性，导致环保排放数据超标；第二：对操作人员工作强度高、系统自动化程度低、控制精度低、对原材料利用率不高。
4.现有sds脱硫技术多数采用传统的pid(proportional integral derivative)控制，其结构示意如图1所示，通过调节小苏打的输送量，使出口烟道的so2排放浓度控制在环保要求范围内。其控制原理是在监控入口和出口烟道中so2浓度的同时，通过比例、积分、微分控制，从减小稳态误差、消除误差、减小超调量的方式，来实现控制的目的。因其传统pid的特点分析，想要达到稳定、精准的控制目标，需要以下几个前提：1、反应作用的时间延时小；2、反应点到目标检测点位置距离不宜过长；3、入口浓度波动不宜过大，对比例控制时的稳定性造成较大影响；4、布袋除尘器进出口差压过大，响反应效率和出口so2浓度反馈及时性，从而影响控制的稳定性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种sds干法脱硫全量pid控制系统，实现无人化操作、系统自动化程度高、控制精度高、原材料利用率提升。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种sds干法脱硫全量pid控制系统，包括：
8.数据采集模块：用于根据信号的种类，在预设好的信号区间内进行数据信号采集，对信号区间外的数据进行隔离；
9.数据处理模块：用于将采集的数据信号根据目标数据类型进行转换，转换后的数据类型包括二进制、整数、实数；
10.数据归类模块：用于将转换后的数据进行归类，根据预设分为包括数据类型、指引
出处、引用域，并建立相应的数据块进行保存；
11.离散控制模块：用于将目标反馈数据，基于目标控制值生成离散控制阶段目标值的目标范围区间，保证目标值控制在该目标范围区间内；
12.集中控制模块：用于将离散控制模块中得出的目标值，通过集散控制方法，将原区间域调控至本阶段目标值，并输出给定值；
13.逻辑输出给定模块：用于接收集中控制模块输出的给定值，经过d/a转换后发送至外部执行器；
14.自学习处理模块：用于对离散控制模块和集中控制模块的输入与输出值进行数据建模与分析，对离散控制模块和集中控制模块进行辅助增益调节，数据建模后的数据模型存入数据库，给数据库的归档提供数据模型支持。
15.上述技术方案优选地，所述的离散控制模块在目标控制值的基础上，加入目标在过去某个时段的历史数据以及所述的自学习处理模块中的数据库作比对和参考，生成该离散控制阶段目标值的目标范围区间。
16.上述技术方案优选地，所述的离散控制模块将数据归类模块归类的数据分别通过分控制域、分良控率、分时段、分目标域进行逻辑运算处理，获得包括
①
不同范围域的目标反馈值、
②
单个运行周期超调量范围内的目标反馈值的平均值占整个周期内目标值的平均值、
③
系统投运不同时间段的目标反馈值、
④
不同目标值的控制结果。
17.进一步优选地，所述的集中控制模块的集散控制方法包括：
18.①
将所述的离散控制模块分控制域、分良控率、分时段、分目标域的控制结果分别两两组合作比较，得出每个组合的偏差值；
19.②
将各个组合的偏差值引入集中控制模块，系统将接收到的全部偏差值变量进行各自的pid计算，每个pid根据当前目标反馈值与目标控制值的偏差，自动进行输出给定调节；
20.③
在各组pid给定输出值中，选取最优的调节给定量作为给定值输出。
21.进一步优选地，在
③
中：最优的调节给定量为每个pid计算当前目标反馈值最为接近目标控制值。
22.上述技术方案优选地，所述的自学习处理模块包含数据库归档抓取模块，用于作为数据库对所述的自学习处理模块自学习的数据及数据模型进行归类存储，为离散控制模块和集中控制模块控制准备、过程以及生成给定值提供数据支持与纠偏。
23.上述技术方案优选地，所述的控制系统还包括数据接口模块，所述的数据采集模块通过所述的数据接口模块将外部的数据信号接入。
24.上述技术方案优选地，所述的数据信号包括小苏打磨机设备数据信号、流速及浓度数据信号，
25.所述的小苏打磨机设备数据信号包括卸料器、称重给料机、分级箱、磨机、输送风机的运行状态与运行频率信号；
26.所述的流速及浓度数据信号包括除尘器入口so2浓度、入口烟气流速及出口so2浓度信号。
27.上述技术方案优选地，所述的目标反馈数据、目标控制值以及目标值为出口so2浓度值；所述的给定值为小苏打输送值。
28.上述技术方案优选地，所述的系统还包括安全隔离器，用于保护各个模块不受外部扰动干扰。
29.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
30.本发明克服了自动化程度低、控制精度低、源烟气波动解决方法过于单一、人工和原辅材料浪费得不到闭环控制等技术问题，自动化程度高，具备自学习功能，可实现无人化值守；控制精度高，在原有的单一pid基础上，融入了离散控制模块和集中控制模块，大大消除了因源烟气数据无律性波动，造成超调量发生，目标控制精准度达到99％以上；在离散和集中控制模块作为主要控制手段，引入自学习建模和数据库归类功能的加持，很好的提升了系统运行的稳定性，提升投料使用率、节能降耗、超低减排、减员增效。
附图说明
31.附图1为传统pid控制系统示意图；
32.附图2为本实施例中cq-pid控制系统示意图；
33.附图3为小苏打给定值输出与入口so2浓度、出口so2浓度关系图。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.一种sds干法脱硫全量pid控制系统(以下简称cq-pid)，系统包括数据采集模块、数据处理模块、离散控制模块、集中控制模块、逻辑输出给定模块、自学习处理模块。以下对各个模块进行详细描述。
36.数据采集模块配合有数据接口模块，数据采集模块将外部的各类数据信号通过硬接线或通讯的方式接入数据采集模块的分布信号区域，数据采集模块则将数据接口模块接入的各类数据信号，根据信号的种类，在预设好的信号区间内进行数据信号采集，对信号区间外的数据进行隔离。
37.数据采集模块采集的各类数据信号包含：小苏打设备数据信号如卸料器、称重给料机、分级箱、磨机、输送风机的运行状态与运行频率，以及该系统中关键检测仪表如称重仪；流速及浓度数据信号如除尘器入口so2浓度、入口烟气流速及出口so2浓度信号，除尘器入口so2浓度、入口烟气流速及出口so2浓度信号为直接影响小苏打输送量的so2浓度信号。
38.数据采集模块采集除了采集直接影响小苏打输送量的数据信号外，还采集了小苏打磨机设备的数据信号，一方面确保采集数据信号的完整性、有效性和真实性，另一方面该既对输入采集信号的有效性进行验证、筛选、报警，又对下一步数据处理模块的数据有效范围进行了预处理，保证数据处理的快速和准确性，因此，数据采集模块起着承上启下的关键作用。
39.数据处理模块将采集的数据信号根据目标数据类型进行转换，转换后的数据类型包括二进制、整数、实数，如将so2浓度信号由整数转换成实数。
40.数据归类模块将转换后的数据进行归类，根据用户需要预设分为不同种类及形式，大致分为数据类型、指引出处、引用域，并建立相应的数据块进行保存，可以在后续的离
散控制系统中快速准确索引，降低cpu运行负荷同时，将数据快速引用而提高系统调节响应速率，保证小苏打喷射量的及时性和稳定性。
41.数据类型将数据信号通过二进制、整数、实数等格式分类建立，为后续提取各类参数变量缩短了路径，提高系统效率。
42.指引出处由初始输入数据、过程数据、结果反馈数据组成，分别用于系统计算、判定逻辑时各阶段的引用和导出。
43.引用域将各类数据根据被引用至目标控制模块(如离散控制模块和集中控制模块)中分阶子逻辑块所发挥的功能分类建块，实现点对点提取，目标性强，控制滞后性低，稳定的控制目的。
44.数据归类模块归类后的数据具备精准、快速索引，减少系统因全域全数据查找造成的系统cpu占用率高的情况。归类后的数据，可以更好的为cpu减负，以及更短的调用时间，大大提高单位扫描周期内，数据的采集次数，实现更精准、可靠的数据采集。
45.离散控制模块将当前的目标反馈值，即出口so2浓度值，根据用户定义的目标控制值，在目标控制值的基础上加入目标在过去某个时段的历史数据以及自学习处理模块中的数据库作比对和参考，生成该离散控制阶段目标值的目标范围区间，保证该目标值控制在目标范围区间内，控制准确度为99％以上。例如：如目标控制值x，历史数据和自学习处理模块的实际反馈均值
△
p与自学习后给出的调节值s，组成比较，因
△
p-x的偏差理想控制在0以下，s的调节作用起到了一个系数乘积比的作用：s*(
△
p-x)，该试得出的偏差调节值加入目标控制值中，用于实时调节，保证控制精度、使控制值在一定合格范围区间内。
46.离散控制模块承担着整个控制阶段的主要工作，不但要保证后续集中控制模块实现精准目标控制，还为后续的自学习处理模块提供有效的数据支持。因此离散控制模块还需要将前期归类的数据进行分控制域、分良控率、分时段、分目标域四个关键步骤的运算处理，来保证其控制使命。
47.上述数据归类模块中数据类型、指引出处、引用域数据块建立后，离散控制模块内的逻辑控制器分别通过分控制域、分主次、分时段、分目标四种分类形式进行逻辑控制运算，获得包括：
①
不同范围域(5％和10％)的目标反馈值、
②
单个运行周期(1小时)超调量范围内(1 目标控制值*60％)的目标反馈值的平均值占整个周期内目标值的平均值、
③
系统投运不同时间段的目标反馈值、
④
不同目标值(10％*实际目标值与15％*实际目标值)的控制结果。
48.集中控制模块将离散控制模块目标范围区间的目标值，通过集散控制方法，将选定域达到目标范围值(偏差
±
5％)，并输出给定值，即小苏打输送值。在本实施例中：集散控制方法具体包括：
49.s1：将离散控制模块中分控制域、分良控率、分时段、分目标域四部分得出的结果分别两两组合作比较，得出每个组合的偏差值；
50.s2：将该6个偏差值引入集中控制模块，cq-pid将接收到的全部偏差值变量进行各自的pid计算，每个pid根据当前实际反馈值与目标值的偏差，自动进行输出给定调节，因当前值与目标值的偏差已相对接近，在比例调节给定中给予一个较小的比例值(建议1-1.5)，主要通过积分调节，
51.s3：因控制模块每次发送的调节指令需为唯一值，在6组pid整定输出值中，选取最
优的调节给定值作为该指令，最优值的选择标准是在每个pid功能块中当前目标反馈值最为接近目标控制值的输出给定为依据。
52.例：通过小苏打(nahco3)与so2反应吸收关系如下：
53.nahco3与so2分子式为＝84/64；实际工况两者反应吸收比na∶s＝1.1；小苏打纯度按90％；得：
54.nahco3(x)与so2(y)质量关系为：x＝y*(84/64)*1.1/0.9≈1.6。
55.即：产生1mg的so2需要小苏打量约为1.6mg。
56.集中控制模块通关过上述关系式，通过入口so2浓度实时反馈量与自学习处理模块通过自学习库的数据推演预判的未来一定时间的入口so2浓度值，提前精准的调节小苏打喷射量，具体投入产出参见图3、表1：
57.表1：
[0058][0059][0060]
逻辑输出给定模块接收集中控制模块输出的给定值，经过d/a转换后，传输到各个接口端，通过接口端与外部执行器连接，从而根据要求驱动设备的执行轨迹。
[0061]
自学习处理模块对离散控制模块和集中控制模块的输入与输出值进行数据建模与分析，对离散控制模块和集中控制模块进行辅助增益调节，数据建模后的数据模型存入数据库，给数据库的归档提供数据模型支持。自学习处理模块包含数据库归档抓取模块，用于作为数据库对自学习处理模块自学习的数据及数据模型进行归类存储，为离散控制模块和集中控制模块控制准备、过程以及生成给定值提供数据支持与纠偏，可以很好地适应不同工况环境下，自主精准抓取、自主触发调节、自主抑制超调量等诸多优点，是离散控制和集中控制环节的有力支撑与保障。
[0062]
此外，为了保护上述系统模块和执行机构的使用安全，本模块还设计配备了安全隔离器，可以保护重要系统模块的硬件不被外部扰动，并保护执行机构不发生不可控的电磁侵害，而影响设备和人身安全。
[0063]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。