864234561自適應(yīng)模糊控制和PCC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、自適應(yīng)模糊控制和pcc在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 （蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院 ， 甘肅 蘭州 730050）摘要:結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理的現(xiàn)狀，并針對(duì)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中回用水的壓力控制的大延遲、非線性和時(shí)變的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套基于自適應(yīng)模糊控制、貝加萊pcc、組態(tài)王軟件的城鎮(zhèn)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)從硬件配置和軟件設(shè)計(jì)兩方面探討了貝加萊pcc在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。實(shí)際運(yùn)行表明,該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、同時(shí)降低了能耗。關(guān)鍵詞:污水處理；自適應(yīng)模糊控制；貝加萊pcc；壓力中圖分類號(hào):tp273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: athe application of adaptive f

2、uzzy control and pcc in the control system of sewage disposalwang shu-dong yan yuan-yuan wang hong-bo bi zuo-wen （college of electrical and information engineering, lanzhou university of technology, gansu lanzhou 730050 china)abstract: combining the current situation of domestic urban sewage treatme

3、nt, and in view of the water pressure control characteristic of large delay, nonlinear and time-varying in the sewage disposal automation system, the paper proposes a set of design, based on adaptive fuzzy control, b&r pcc and kingview. the system investigates the application of b&r pcc in the sewag

4、e treatment from system hardware configuration and software design. the actual running shows that the control system is running stable and reliable, also reducing energy consumption. key words: the sewage treatment; adaptive fuzzy control; b&r pcc; pressure0 引言在國家和各級(jí)政府對(duì)污水處理重視程度的不斷提高下，中國污水處理行業(yè)正在快速增長(zhǎng)，

5、污水處理總量逐年增加，城鎮(zhèn)污水處理率不斷提高。由于城市廢水的排放不僅是間歇和變化的，而且有機(jī)物的濃度也有很大的變化。因此，傳統(tǒng)的控制方法不能獲得較好的控制效果。如何能夠有效的對(duì)污水中有機(jī)物進(jìn)行處理并且做到節(jié)能高效，是污水處理過程中的重要問題。在這種情況下針對(duì)城鎮(zhèn)污水處理的特點(diǎn)及控制要求，采用貝加萊pcc和組態(tài)王軟件進(jìn)行污水處理系統(tǒng)的控制，并在回用水池等控制環(huán)節(jié)進(jìn)行自適應(yīng)模糊控制。根據(jù)實(shí)際情況和操作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出模糊控制規(guī)則并確定了其相應(yīng)控制參數(shù)【1】。同時(shí)在回用水泵房控制環(huán)節(jié)對(duì)中水回用出水壓力進(jìn)行模糊控制，不僅可以節(jié)省能源，還能達(dá)到滿意的控制效果。1 污水處理工藝污水處理控制系統(tǒng)主要由進(jìn)水泵房、

6、除沙池、厭氧池、加氯間、回用水泵房、濾池、貯泥回流泵房及脫水機(jī)房等組成（其工藝流程如圖1所示）。污水經(jīng)過凈化、生物處理及加氯處后中水回用出水最后經(jīng)過回用水泵房，經(jīng)檢測(cè)達(dá)標(biāo)后中水回用。圖 污水處理系統(tǒng)工藝流程圖2 回用水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 控制系統(tǒng)對(duì)象及控制策略回用水泵房站的控制目標(biāo)：在回用水泵房控制中水回用出水的壓力，使系統(tǒng)能正常、穩(wěn)定運(yùn)行。由于控制對(duì)象的復(fù)雜性，多樣性，根據(jù)回用水出水壓力的不同范圍調(diào)節(jié)回用水泵房三臺(tái)回用水泵的啟停，使回用水出水控制達(dá)到高效節(jié)能控制。本設(shè)計(jì)將選擇中水回用出水壓力作為控制量【4】。中水回用出水控制流程圖如圖2所示。圖2 中水回用出水控制流程圖上述控制流程中，回用水

7、泵1#、3#采用直接開啟、停止的簡(jiǎn)單控制方式，回用水泵2#采用pid控制。由于回用水出水壓力各階段不同，同時(shí)污水處理系統(tǒng)是復(fù)雜的動(dòng)態(tài)工程系統(tǒng)，其工藝過程無法用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型的表示，而回用水出水壓力具有滯后效應(yīng)，采用傳統(tǒng)的控制方法難以獲得滿意的控制效果。所以本系統(tǒng)采用自適應(yīng)模糊控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)中水回用出水壓力的自動(dòng)控制。2.2 回用水壓力模糊控制器的實(shí)現(xiàn)以回用出水壓力為研究對(duì)象，采用模糊pid控制技術(shù)來控制三臺(tái)回用水泵，以此來控制中水回用前的出水壓力，使回用水排放過程更加高效節(jié)能【3】。以回用出水壓力為研究對(duì)象針對(duì)回用水泵房的調(diào)節(jié)壓力回路設(shè)計(jì)一個(gè)雙輸入單輸出的模糊控制器。其原理是：測(cè)試回用出水壓力

8、，并與以前的測(cè)試信息相比較，輸入變量分別為回用出水的壓力偏差和壓力偏差變化量，經(jīng)模糊化和模糊推理得到控制量的模糊量，經(jīng)反模糊化得到其精確值，輸出用來控制控制閥的開度u。由此完成一個(gè)周期，不斷重復(fù)上述過程，直到回用水出水壓力達(dá)到設(shè)定值。但對(duì)于回用出水壓力這樣的對(duì)象，很難總結(jié)出一套完整的控制經(jīng)驗(yàn)，勢(shì)必造成回用出水壓力模糊控制規(guī)則比較粗糙，從而影響控制效果。因此，采用模糊自整定pid控制器，它能在回用水出水過程中自動(dòng)地修改、完善、調(diào)整模糊控制規(guī)則，使控制系統(tǒng)的控制性能得到不斷地完善和改進(jìn)【6】。此控制系統(tǒng)的模糊自整定pid控制器原理框圖如圖3所示：圖3 模糊自整定pid控制器原理圖設(shè)計(jì)中ec和u的模

9、糊集均為nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb,e的模糊集為nb,nm,ns,no,po,ps,pm,pb,根據(jù)污水處理工藝的要求、現(xiàn)場(chǎng)回用出水壓力控制的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)，偏差e的范圍為-2,2,偏差變化率e的變化范圍為-2,2,將偏差e和偏差變化率e分別模糊化為e和ec，其論域均為-3，3。kp, ki和kd的模糊論域分別為-0.4,0.4,-0.08,0.08,-0.8,0.8。模糊子集的隸屬函數(shù)(x)選擇三角形隸屬函數(shù)，在誤差大的地方模糊集分辨率低一些，則取隸屬度函數(shù)曲線平緩一些，在誤差小的地方模糊集分辨率高一些，則取隸屬度函數(shù)曲線陡一些，如圖4所示。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定e、ec、u的隸屬度函數(shù)如下圖

10、所示。圖4 e，ec,u的隸屬度函數(shù)曲線以回用出水壓力為被控制量的自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)是典型的雙輸入單輸出系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)。其模糊控制規(guī)則形式為：if =and = then =共有35條模糊控制語句。 根據(jù)回用出水壓力的不確定性，時(shí)滯性等變化特性進(jìn)行分析，并通過工作人員操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的回用出水壓力與各回用水泵控制閥門之間的關(guān)系，運(yùn)用模糊合成推理獲得pid 參數(shù)模糊調(diào)整規(guī)則表, 如圖5所示，這是回用出水壓力pid 控制算法的核心。 圖5 kp, ki, kd的模糊控制規(guī)則表本控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于民勤縣污水處理控制系統(tǒng)中,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明模糊pid參數(shù)自整定控制較常規(guī)的pid控制有更好的控制效果【5】。

11、模糊pid參數(shù)自整定控制的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性全面改善,并且系統(tǒng)克服了純滯后環(huán)節(jié)帶來的影響,使系統(tǒng)能夠有較好的控制品質(zhì),表現(xiàn)出良好的魯棒性。3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)本控制系統(tǒng)組態(tài)軟件采用kingview for b&r 1.0.1版本。kingview for b&r 1.0.1專門針對(duì)貝加萊pcc的上位機(jī)監(jiān)控軟件。系統(tǒng)通過opc完成上位機(jī)與下位機(jī)的通信【6】。在kingview for b&r 1.0.1監(jiān)控畫面中,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)中的手動(dòng)/自動(dòng)切換、給定值輸入、參數(shù)輸入等功能，使操作人員操作管理很方便。利用組態(tài)王軟件可以完成監(jiān)視器顯示所需的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控畫面。如系統(tǒng)狀態(tài)圖、硬件報(bào)警、工藝報(bào)警、模擬量

12、趨勢(shì)、對(duì)比趨勢(shì)、操作日志、報(bào)表輸出等，可直觀、動(dòng)態(tài)地顯示出現(xiàn)場(chǎng)各部位重要參數(shù)的變化。以回用加水泵房為例，如圖6所示。圖6 回用加水泵房監(jiān)控系統(tǒng)畫面結(jié)束語基于自適應(yīng)模糊控制的回用水泵房的控制系統(tǒng)已經(jīng)在民勤縣污水處理廠投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。本文介紹了以工控機(jī)為核心的污水處理回用加水泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用模糊控制技術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)回用出水壓力，并采用變頻調(diào)速方式控制電動(dòng)閥，通過控制三臺(tái)回用水泵的運(yùn)行從而控制回用出水壓力，具有成本低，性價(jià)比高的特點(diǎn)。從而提高了污水處理的效率。參考文獻(xiàn)：1王永慶.人工智能原理及其應(yīng)用.西安:西安交通大學(xué)出版社,1998.2王樹東，曹愛紅等. 模糊自調(diào)整pid控制在電廠鍋爐水處理中的應(yīng)用.工業(yè)用水與廢水,2005,17(06): 1006-4826.3王淑青,譚建軍,劉輝,張子蓬.自適應(yīng)模糊控制器在水電機(jī)組控制中的應(yīng)用j.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,20(6):464彭勇真.污水處理系統(tǒng)的在線模糊控制.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),1999,32(4）5陳平.基于積分的鍋爐水位自整定模糊pid 控制.電子測(cè)量技術(shù),2008,11，31-40.6