【正文】 出為, ，和氣整定的結(jié)果，即 ()式中，輸出節(jié)點(diǎn)和第三層各節(jié)點(diǎn)相連接的權(quán)矩陣i=1,2,3,由組成。該層中的控制器輸出為： （）， （）其中。e(k)的為控制偏差，e(k1)為(kl)時(shí)刻的偏差，e(k2)為(k2)時(shí)刻的偏差。本論文采用了增量型式的PID控制算法，其公式為: 網(wǎng)絡(luò)中的第一層和第二層用“if. . . phro語句來相應(yīng)模糊控制規(guī)則的前提，第三層完成模糊推理，第四層給出對(duì)應(yīng)于規(guī)則推理的結(jié)論部分則由then . . . part”語句，這樣就完成推理合成，可以進(jìn)行模糊化運(yùn)算。(4)控制算法的實(shí)現(xiàn)過程 ①網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一開始需要完成網(wǎng)絡(luò)初始化的設(shè)定步驟，由每層的網(wǎng)絡(luò)初始化權(quán)值，每層的網(wǎng)絡(luò)基寬對(duì)應(yīng)向量，每層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中心矢量，動(dòng)量因子以及學(xué)習(xí)的速率這幾部分組成，在該步驟中，將網(wǎng)絡(luò)迭代步驟的初始值設(shè)定為k=1的條件。②通過采樣可以獲得y(k)，r(k)的典型樣本數(shù)值，計(jì)算得到e(k)的。③通過采用公式計(jì)算模糊RBF的方法來實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層神經(jīng)元的輸入和輸出。PID控制器的輸出通過計(jì)算u(k)得到。再進(jìn)一步將u(k)的值送入到RBF辨識(shí)網(wǎng)絡(luò)以及控制對(duì)象部分，最后可以產(chǎn)生下一步輸出的控制對(duì)象。 RBF辨識(shí)網(wǎng)絡(luò)中，首先計(jì)算出各層的輸入和輸出，然后就可以辨識(shí)出網(wǎng)絡(luò)的輸出內(nèi)容。 ⑤采用修正的RBF計(jì)算公式可以辨識(shí)網(wǎng)絡(luò)輸出過程中的權(quán)系數(shù)，還有隱層節(jié)點(diǎn)中心矢量，以及隱層節(jié)點(diǎn)基寬參數(shù)，進(jìn)而修正模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)系數(shù)便可以獲得。 ⑥進(jìn)一步地，令k=k+1，將返回1，然后繼續(xù)進(jìn)行。(5)通過仿真方法來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)本論文采用了工程整定的方法，除鹽水自動(dòng)加氨過程的數(shù)學(xué)模型可以近似為: 在Matlab中完成數(shù)字仿真工作，其中系統(tǒng)的輸入采用指令信號(hào)以及實(shí)際的輸出值，采用ZieglerNichols手段完成整定常規(guī)PID控制部分。對(duì)于同一個(gè)被控對(duì)象，本論文中數(shù)字仿真是基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制算法來進(jìn)行，學(xué)習(xí)速率公式為 = 、學(xué)習(xí)動(dòng)量因子公式。采樣的時(shí)間間隔取為10s，為了能夠模擬除鹽水流量干擾的影響，當(dāng)采樣時(shí)刻為k=100時(shí)，一個(gè)階躍干擾信號(hào)被加入控制系統(tǒng)中。通過采用以上方法，系統(tǒng)仿真對(duì)比圖可以得到。圖4. 5 pH值控制系統(tǒng)仿真對(duì)比圖利用數(shù)學(xué)工具M(jìn)atlab自定義的函數(shù)ste ( )，得到常規(guī)Pm性能指標(biāo):, 。在超調(diào)量大于25%，并且峰值時(shí)間以及調(diào)節(jié)時(shí)間都比較長(zhǎng)的情況下是不能夠滿足指標(biāo)的要求的。由以上的仿真結(jié)果，我們可以看到，本論文中的模糊~RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以比較好地解決除鹽水pH控制系統(tǒng)中相應(yīng)問題，比如非線性問題和滯后性問題，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間有明顯加快的趨勢(shì)，此外，超調(diào)量出現(xiàn)明顯減少的趨勢(shì)，這些特點(diǎn)比單一Pm方法具有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性能力，因此，對(duì)于在缺乏精確數(shù)學(xué)模型且現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)變存在非線性和純滯后工業(yè)過程中，該控制系統(tǒng)能夠比較好的適用。5控制方案實(shí)現(xiàn) 5. 1程序塊編程 現(xiàn)場(chǎng)的過濾器全部采用氣動(dòng)閥門，基本功能相似，所有編制氣動(dòng)閥門程序塊可以大大減小程序量，并可以減小程序錯(cuò)誤，提高工作效率。所有的氣動(dòng)閥門都是直接通過Wincc畫面操作，沒有現(xiàn)場(chǎng)操作箱。當(dāng)Wincc畫面選擇手動(dòng)時(shí)，通過Wincc畫面中的手動(dòng)“開啟/關(guān)閉”按鈕進(jìn)行閥門開關(guān)。當(dāng)選擇自動(dòng)時(shí)，閥門將按照自動(dòng)的流程開關(guān)，當(dāng)達(dá)到自動(dòng)開啟條件時(shí)，閥門自動(dòng)開啟，自動(dòng)開啟條件消失，閥門關(guān)閉。初始化自動(dòng)開閥為1開閥指令為1計(jì)時(shí)2秒開到位自動(dòng)開閥為0開閥指令為0FM1開閥HMI閉閥故障計(jì)時(shí)2秒關(guān)到位故障結(jié)束自動(dòng)5. 1. 2電動(dòng)閥門程序設(shè)計(jì)編程 現(xiàn)場(chǎng)的泵前和泵后閥門都采用電動(dòng)閥門，電動(dòng)閥門的操作基本相似。 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)操作箱選擇“就地”后，電動(dòng)閥門進(jìn)行就地操作，斷路器合閘，熱繼電器工作正常等條件滿足后，轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到“開”位置，閥門開過程，開到位后，停止。轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到“關(guān)”位置，閥門關(guān)過程，關(guān)到位后停止:出現(xiàn)故障情況下，閥門停止并出現(xiàn)故障燈顯示。 當(dāng)操作箱選擇“遠(yuǎn)程”后，電動(dòng)閥門由計(jì)算機(jī)控制。Wincc畫面選擇“手動(dòng)”，閥門由操作員手動(dòng)控制，通過Wincc畫面按鈕進(jìn)行操作開關(guān)。Wincc畫面選擇“自動(dòng)”，閥門按自動(dòng)流程開關(guān)。 閥門的開關(guān)過程中，如果長(zhǎng)時(shí)間開或關(guān)不到位，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，閥門將故障報(bào)警。 ，其對(duì)應(yīng)的程序見附錄25. 1. 3低壓泵程序設(shè)計(jì)編程 現(xiàn)場(chǎng)的低壓泵共有16臺(tái)，基本功能相似，可以做同一程序塊進(jìn)行控制。 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)操作箱選擇“就地”后，低壓泵進(jìn)行就地操作，斷路器合閘，熱繼電器工作正常等條件滿足后，按“啟動(dòng)”按鈕，泵啟動(dòng)，接觸器吸合后，泵運(yùn)行燈亮起。按“停止”按鈕，泵停止運(yùn)行，接觸器斷開后，泵停止燈亮起。出現(xiàn)故障情況下，泵停止運(yùn)行并出現(xiàn)故障燈顯示。 當(dāng)操作箱選擇“遠(yuǎn)程，后，低壓泵由計(jì)算機(jī)控制。Wincc畫面選擇“手動(dòng)，，閥門由操作員手動(dòng)控制，通過Wincc畫面按鈕進(jìn)行操作啟停。Wincc畫面選擇“自動(dòng)”，泵按自動(dòng)流程開關(guān)。 泵的啟停過程中，如果長(zhǎng)時(shí)間接觸器不動(dòng)作，達(dá)到1秒后，泵將故障報(bào)警。 ，其對(duì)應(yīng)的程序見附錄35. 1. 4變頻泵程序設(shè)計(jì)編程 現(xiàn)場(chǎng)的變頻泵共有4臺(tái)，基本功能相似，可以做同一程序塊進(jìn)行控制。，其對(duì)應(yīng)的程序見附錄40所有的變頻泵都是直接通過Wincc畫面操作，沒有現(xiàn)場(chǎng)操作箱。當(dāng)Wincc畫面選擇手動(dòng)時(shí)，泵由操作員手動(dòng)控制，通過Wincc畫面按鈕進(jìn)行操作啟停，并通過輸入頻率來控制泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)Wincc畫面選擇“自動(dòng)”，泵按自動(dòng)流程開關(guān)，頻率的變化由流量反饋進(jìn)行PID控制。結(jié)束初始化就地自動(dòng)自動(dòng)開閥條件允許開閥指令計(jì)時(shí)1分鐘開到位自動(dòng)開閥條件允許關(guān)閥指令計(jì)時(shí)1分鐘HMI開閥HMI關(guān)閥故障操作箱關(guān)閥操作箱開閥關(guān)到位故障圖5. 2電動(dòng)閥門程序流程圖接觸器分初始化斷路器合熱繼電器正常自動(dòng)啟閥條件滿足就地自動(dòng)啟動(dòng)指令計(jì)時(shí)1秒接觸器合操作箱指令操作箱停止自動(dòng)停泵條件滿足停泵指令計(jì)時(shí)1秒結(jié)束HMI起泵HMI停泵故障故障圖5. 3低壓泵程序流程圖自動(dòng)接觸器合初始化HMI啟泵啟泵指令計(jì)時(shí)一秒自動(dòng)頻率設(shè)定頻率輸出HIM停泵停泵指令計(jì)時(shí)一秒接觸器分故障頻率設(shè)定為0PID整合當(dāng)前頻率圖5. 4變頻泵程序流程圖5. 1. 5電導(dǎo)率控制設(shè)計(jì)編程 電導(dǎo)率的控制就是控制濃鹽水排放調(diào)節(jié)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)閥通過HMI選到手動(dòng)模式時(shí)，通過畫面手動(dòng)設(shè)定閥門開度，當(dāng)選到自動(dòng)模式時(shí)，通過模糊控制器配合BangBang控制策略來對(duì)閥門進(jìn)行控制。首先根據(jù)偏差的模糊量E，確定采樣周期，根據(jù)采樣周期，求得偏差。，將。對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得到誤差變化量，將模糊化為，同時(shí)當(dāng)時(shí)，采用BangBang控制策略，否則將e模糊化，得到模糊量E，將E , 根據(jù)模糊控制表，得到模糊量U，將U解模糊得到控制量u，用控制量u程序變換后控制閥門開度。初始化根據(jù)采樣周期求得偏差e閥門開度HMI設(shè)定控制量UBangBang控制自動(dòng)偏差將e模糊化為E根據(jù)模糊控制表得到模糊量U根據(jù)E確定采樣周期將ec模糊化為EC誤差變化量ec糊化為EC圖5. 5電導(dǎo)率控制流程圖5. 1 .6pH值控制設(shè)計(jì)編程pH值的控制就是控制加氨泵計(jì)量泵。將采集的pH值進(jìn)行預(yù)處理后，通過RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行訓(xùn)練，得到誤差，作為適應(yīng)度值，通過選擇操作，交叉操作和變異操作后得到的計(jì)算出適應(yīng)度值，如果適應(yīng)度值不滿足條件，重新選擇，如果滿足條件，則獲取最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)伸縮因子，尺寸因子和權(quán)值，通過計(jì)算誤差，將伸縮因子，尺寸因子和權(quán)值進(jìn)行更新，不滿足我們的，重新計(jì)算誤差，滿足條件，則對(duì)加氨計(jì)量泵進(jìn)行控制，能過反復(fù)的學(xué)習(xí)，最終會(huì)得到完善的控制。初始化數(shù)值預(yù)處理RBM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到誤差作為適應(yīng)度值選擇操作滿足結(jié)束條件獲取最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)伸縮因子尺寸因子和權(quán)值計(jì)算適應(yīng)度值結(jié)束滿足結(jié)束條件計(jì)算誤差交叉操作變異操作伸縮因子尺寸因子權(quán)值更新圖5. 6 pH值控制流程圖 依據(jù)工藝流程，編制了主畫面，生水，軟水，過濾器，超濾系統(tǒng)，反滲透系統(tǒng)等畫面。這里重要介紹主畫面和反滲透操作畫面。5. ，主要是為操作人員提供一個(gè)整體監(jiān)視畫面。由于除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)基本上都處于自動(dòng)控制狀態(tài)，操作人員大部分時(shí)間只需要通過主畫面來監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)。圖5. 7主畫面5. 2. 2反滲透系統(tǒng)執(zhí)行界面反滲透系統(tǒng)是除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中最重要的組成部分，在該部分的監(jiān)控畫面中，操作人員可以對(duì)電導(dǎo)率及pH值的設(shè)定進(jìn)行操作。工程師也可以通過授權(quán)，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行修改。6結(jié)論 除鹽水是工業(yè)生產(chǎn)中的重要介質(zhì)，高品質(zhì)的除鹽水對(duì)安全生產(chǎn)意義重大。本論文針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的除鹽水自動(dòng)控制系統(tǒng)還處于常規(guī)PID控制的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套電導(dǎo)率和pH值都參與控制的除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。本章首先對(duì)前面的工作做簡(jiǎn)要的總結(jié)，然后提出進(jìn)一步研究的設(shè)想。 (1)論文分析了國(guó)內(nèi)外對(duì)電導(dǎo)率和pH值參數(shù)控制現(xiàn)狀和存在的問題，將除鹽水電導(dǎo)率和pH值確定為被控參數(shù)和相應(yīng)的控制指標(biāo)。 (2)對(duì)除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行選擇和比較。Siemens S7400總線系統(tǒng)配合賽遠(yuǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的方式，不但具有先進(jìn)性而且很好的解決了工程師遠(yuǎn)程診斷，分析的問題。 (3)針對(duì)電導(dǎo)率和pH值控制具有線滯后性，非線性，時(shí)變性，而且無法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，單一的智能控制只能地解決一部分問題，但無法完全適應(yīng)非線性、時(shí)變的大過程，而且調(diào)整的范圍往往不是很大。要做到真正實(shí)現(xiàn)智能控制，使電導(dǎo)率和pH值控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的智能化，就需要應(yīng)用復(fù)合智能控制。本文采用PLC結(jié)合模糊控制，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的技術(shù)，針對(duì)它們各有優(yōu)點(diǎn)，把模糊控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，使本系統(tǒng)的控制得到更好的應(yīng)用。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)和模擬仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較。 (4)對(duì)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了編程調(diào)試，并于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，對(duì)改進(jìn)后的應(yīng)用情況與原生產(chǎn)情況進(jìn)行比較，分析得到了較好的效果。 作為除鹽水生產(chǎn)過程控制技術(shù)的研究方向，重點(diǎn)在于降低能耗、改善出水水質(zhì)、提高運(yùn)行可靠性、降低人力成本等。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理論在除鹽水生產(chǎn)過程中的研究和應(yīng)用方面不斷拓寬與加深，各種基礎(chǔ)學(xué)科，諸如化學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、協(xié)同學(xué)，以及各種理論，諸如系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)論等的不斷發(fā)展，除鹽水生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的選擇也會(huì)有更多理論支持。在化工技術(shù)、生物技術(shù)、生態(tài)工程技術(shù)、機(jī)械設(shè)備技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙控遙測(cè)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)手段的在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，除鹽水生產(chǎn)過程的控制將會(huì)得到迅速發(fā)展。 針對(duì)我國(guó)目前的除鹽水生產(chǎn)狀況而言，除鹽水生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)市場(chǎng)需求相當(dāng)大。除鹽水生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⒅饕性谘邪l(fā)高性能的生產(chǎn)設(shè)備，隨之而來的是，除鹽水生產(chǎn)過程的控制技術(shù)必將跟隨新設(shè)備的研發(fā)，而進(jìn)一步的推進(jìn)和發(fā)展。新的控制技術(shù)，將使除鹽水的生產(chǎn)過程更好集中化，智能化，從而提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，減少管理維護(hù)，真正響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的方針政策。44 /