火电厂循环水在线监测与节水管理系统的设计

区域控制算法的结构如图 3 所示。该系统通过对 M / A 开关的调节，能够实现手动控制和自动控制的相 互切换； 通过对标志位 C / S 的设置，可以对给定值 SP 进行手动设定，或者由外接设备、其他回路进行给定； 根据系统对被控对象控制精度的要求，通过对标志位 A / R 的设置，可以进行常规控制或者区域控制； 通过 软件编程，对输入信号进行滤波，以及对输出超限、输
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2011 年第 10 期
出速率超限进行处理。
图 3 存在不灵敏区区域控制算法的结构框图
3．2 区域控制算法的实现 （ 1） 不灵敏区坐标原点的确定 当系统处于手动控制的时候，确定不灵敏区的坐
标原点，为从手动控制切换到自动控制做好准备。 此时，PV0 = PVB0 = SP0 ，坐标原点被设定为（ PV0 ，
（ 3） 与微生物存活发展和微生物腐蚀影响相关 的参数： CODMn、余氯、硫化物、胺氮、细 菌 总 数、悬 浮 物、浊度等；
（ 4） 与水处理药剂相关的参数： 与含氯氧化剂相 关的余氯、与水稳定剂相关的有机磷、与缓蚀剂相关的 锉类含量等。
通过 对 以 上 参 数 的 分 析，极 限 碳 酸 盐 硬 度、含 盐 量、浓缩倍率、细菌数量为核心控制参数。所以，实时 监测循环水的水质，对于防止结垢、腐蚀和微生物滋生 具有积极作用。
［1］ 张春雷． 循环冷却水处理核心控制参数的研究［D］． 河北： 华北电力大学，2008．
［2］ 李进，安洪光，崔连军，等． 电导率法在线监测循环水浓缩 倍率［J］． 中国给水排水，2006（ 6） ： 89 － 91．
［3］ 邵惠鹤． 工业过程 PID 控制软件模块的设计与程序编制 ［D］． 上海： 上海交大工业自动化工程研究中心，2003．
ZHANG Zhi-min，WU Jian-guo，HUANG Zi-ying
（ School of Electrical Engineering，Nantong University，Nantong 226019，China）
Abstract： For the purpose of increasing the recycle rate of cooling water in thermal power plants，the designed sys-
PVB （ n） = PVB0 = SP0 = PV0 EB（ n） = SP（ n） － PVB（ n） = PV0 － PV0 = 0 所以，控制器输出 u（ n） = u（ n － 1） ，即控制器输 出不变，执行器不发生动作。 当系统处于自动控制状态下，可以手动改变设定 值 SP0 ，使 SP0 = PV0 + ΔSP。这时，不灵敏区的坐标原 点（ SP0 ，SP0 ） 由原来 的 （ PV0 ，PV0 ） 移 至 （ PV0 + ΔSP， PV0 + ΔSP） 。
tem of circulating water on-line monitor and water-saving management in the paper can keep circulating cooling water
from depositing and prevent pipelines from eroding in order to heighten the concentration ratio of recycling cooling-water
本系统设计的指导思想，就是实时检测水质情况， 在保证循环冷却水不出现结垢、不对管道产生腐蚀的 前提下，尽量提高循环冷却水系统的浓缩倍率，以达到 节约水资源的目的。
2 系统的控制方案
火电厂循环水在线监测与节水管理系统主要由中
收稿日期： 2011 － 06 作者简介： 章智敏（ 1987—） ，男，硕士研究生，研究方向为复杂生产过程的控制； 吴建国（ 1955—） ，男，博士，教授。
PV0 ） 。 （ 2） 系统运行于不灵敏区时的算法 当系统切换到自动控制状态后，若此时 PV（ n） 在 SP0
± B 区域内变化时，执行器应该不发生动作。这时有： ΔPV（ n） = PV（ n） － SP0
当 | PV（ n） － SP0 | ≤B 时，则有： SP（ n） = SP0 = PV0
控制排污水流量，从而实现对液位的控制。液位高则 排污量大，其关联量： 浓缩倍率、水质。 2．2 浓缩倍率的控制
通过测量循环水的电导率、补给水的电导率，计算 出浓缩倍率值，同时测量循环水与补给水的温度，对计 算的浓缩倍率进行修正（ 修正的依据是温度，例如，折 算到 25 ℃ ） ，将 修 正 后 的 浓 缩 倍 率 值 与 设 定 值 比 较 后 ，经 过 计 算 得 到 控 制 量 ，控 制 补 给 水 的 流 量 。 浓 缩 倍率高则加大补给水的流量，其关联量： 液位高 度、 水质。 2．3 水质的控制
通过测量循环水的 pH 值，以及循环水中的电导 率、温度等参数，分 析 水 质 的 结 垢 倾 向，控 制 加 药 装 置加药（ 或 发 出 加 药 的 信 息，提 示 操 作 人 员 加 药 ） ， 以保证水管不结垢。在设定的浓缩倍率下，pH 值接 近了临界碱度，则加药。其关联量： 液位高度、浓 缩 倍率。 2．4 控制回路的难点分析
Key words： circulating cooling water； on-line monitor； water-saving management； concentration ratio
0 引言
火力发电是我国取水量最大的行业之一，节水工 作的开展使火力发电厂工业用水的重复利用率逐年提 高，单位发电量耗水率逐年降低。目前，火电厂冷却塔 的补给水、排污水是在人工测量循环水的水质和冷却 塔的水位之后，通过手动开关或调整补给水、排污水阀 门来实现的。这种方式的弊端是测量工作量大，调节 精度不够且不及时，最终导致补给水、排污水不能满足 浓缩倍率的控制需要，使浓缩倍率不能长期稳定在所 期望的范围内。
通过分析，本系统是一个 MIMO 系统，系统的控制 方框图如图 2 所示。其中，操纵量有： 排污水量、补给 水量、加药量； 测量值有： 补给水电导率、补给水温度、 补给水流量、冷却水 pH 值、冷却水液位、循环水电导 率、循环水温度、循环水流量； 被控变量有： 冷却水液 位、浓缩倍率、水质。本系统设计的最大难点是由于被 控对象之间存在关联，这对控制回路的设计带来困难， 因此需要考虑解耦。
关键词： 循环冷却水； 在线监测； 节水管理； 浓缩倍率
中图分类号： TM621
文献标识码： A
文章编号： 1006 － 2394（2011）10 － 0026 － 04
Design of Thermal Power Plant Circulating Water On-line
Monitor and Water-saving Management
图 2 系统的控制方框图
3 系统的控制算法
本系统给用户提供了区域 PID 控制算法和模糊控 制算法，供用户自行选择。
所谓区域控制或称带不灵敏区控制，是指其被控 制量 PV 在 ± B 区域内变化时，控制区不动作，而当 PV 变化超过 ± B（ B 为非负数） 区域时，才按常规算法控 制。区域控制算法的优点是，可以避免执行机构频繁 动作，这样不仅仅可以延长执行机构的寿命，而且可以 达到节能的效果。 3．1 区域控制算法的结构
PVB（ n） = ΔPV（ n） + SP0 EB（ n） = SP（ n） － PVB（ n） = － ΔPV（ n）
= － （ PV（ n） － SP0 － B） 从而，控制器以偏差 EB（ n） 为基准，按常规算法计 算控制器输出 U（ n） 。 当系统处于自动控制状态下，可以人工改变设定 值 SP0 ，使 SP0 = PV0 + ΔSP。这时，不灵敏区的坐标原 点（ SP0 ，SP0 ） 由原来 的 （ PV0 ，PV0 ） 移 至 （ PV0 + ΔSP， PV0 + ΔSP） 。 此时有：
（ 3） 系统运行于不灵敏区外时的算法 当系统切换到自动控制状态后，若此时 PV（ n） 超 过 SP0 ± B 区域时，控制器应按照常规算法来进行控 制。这时有：
ΔPV（ n） = PV（ n） － SP0 当 | PV（ n） － SP0 | ＞ B 时，则有：
SP（ n） = SP0 = PV0 ΔPV（ n） = PV（ n） － SP0 － B
SP（ n） = SP0 = PV0 + ΔSP ΔPV（ n） = PV（ n） － （ PV0 + ΔSP） － B PVB（ n） = ΔPV（ n） + SP0 = ΔPV（ n） + （ PV0 + ΔSP） EB（ n） = SP（ n） － PVB（ n） = － ΔPV（ n）
= － PV（ n） + （ PV0 + ΔSP） + B
2011 年第 10 传感器单元（ ①流量传感器、②电导 率传感器、③温度传感器、④pH 值传感器、⑤液位传
感器） 、调节阀控制单元以及无线传感器网络等组成。 系统结构框图如图 1 所示。
图 1 系统结构框图
2．1 液位的控制 根据实际的液位高度，通过控制排污水执行器来
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2011 年第 10 期
火电厂循环水在线监测与节水管理系统的设计
章智敏，吴建国，黄自莹 （ 南通大学 电气工程学院，江苏 南通 226019）
摘要： 为了提高火电厂循环冷却水的重复利用率，文章设计了循环水在线监测与节水管理系统，在保证循环冷却水不出现结
垢、不对管道产生腐蚀的前提下，尽量提高循环冷却水系统的浓缩倍率，以达到节约水资源的目的。控制回路采用区域控制算法， 并用无线组网的方式构成整个系统。
图 5 采用 Visual Basic 6．0 + Access 设计的上位机软件