基于PLC的模糊PID算法在城市污水处理控制系统的应用研究

摘要

水资源问题是当前我国社会经济可持续发展最突出的问题之一。为适应经济发展和人民生活水平不断提高的要求,兴建自动化程度高的城市污水处理厂已刻不容缓。污水处理过程是一种典型的复杂动态生物反应工程系统,具有非线性、时变性、随机性和不确定性等特点,难以建立精确的数学模型。其中对于污水处理系统中的中心环节一曝气过程控制,是急于解决的主要问题。
　　 本文针对广西某污水处理厂的污水处理项目,设计了一套包括现场控制层、显示操作层和远程信息监视层的自动控制系统。污水处理工艺采用改良活性污泥法----CASS(连续循环曝气系统工艺),控制系统采用西门子S7—300PLC作为主控器,以STEP7为软件开发环境。控制程序采用模块化结构,提出了一种针对CASS工艺的新的程序设计思路。上位机监控系统采用北京亚控公司研发的Kingview6.53组态软件来开发人机界面,以实现工艺设备的状态监控和控制。最后整个系统利用先进的以太网通讯技术构建了一个管理和监控网络,所设计的系统既着眼于污水处理设备的安全、经济运行,又着眼于控制系统的监控管理和通讯质量,有效的提高了污水处理控制系统的处理效率。由于污水处理系统在溶解氧控制环节中工艺流程复杂,具有大滞后性和非线性的特点。在控制算法上,设计了模糊PID控制器,是一种将模糊控制和PID控制结合起来,使之既具有模糊控制快速、灵活而适应性强的特点,又具有PID控制精度高的特点的控制器。在项目应用中,阐述了如何将模糊PID控制器在西门子S7～300 PLC中实现的方法,以及在编程软件STEP7中编制程序实现模糊控制功能的步骤。通过调试论证了:采用模糊PID控制方法能明显的消除积分饱和,很大程度上减小超调量,参数间影响减小,并且参数相对容易整定,提高系统的控制品质,有效的协调快速性与超调量之间的矛盾,使系统适应能力有所提高,且具有较强的稳定性、灵敏性、快速性、鲁棒性等优点,提高了控制系统的抗干扰能力。现已投入生产,系统运行稳定,工作良好。