基于PLC与模糊PID的混凝投药复合控制系统的研究

摘要

随着生产的发展和社会的进步，人们对自来水水质的要求越来越高。如何提高净水处理水平，保障供水质量，也就成了当前供水行业技术人员共同关注的热点问题。
　　 本文介绍了国内外自动加药控制技术的发展现状。通过对自动投加系统的检测环节、控制模式和控制策略进行分析，针对水处理工业中加药过程具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，提出了一种基于PLC（可编程逻辑控制器）的模糊PID控制实现方法，论述了模糊控制器的原理和结构，分析了PID控制和模糊控制的优缺点，考虑可以把它们相互结合，扬长避短，具体是采用模糊自整定PID控制。其目的是使控制器能够根据实际情况，调整KP、KI、KD三个参数，实现对混凝剂投加量在线调整的控制目标。
　　 使用MATLAB/Simulink软件，对控制系统进行了串级PID控制、串级模糊PID控制的控制性能仿真研究。仿真结果表明相对于串级PID控制，串级模糊PID控制可实现超调小、调节迅速，给定值抵抗一次扰动的能力强，使系统具有优良的控制精度和稳定性，从而改善了整个系统的动态品质。
　　 论文对自动投加系统进行了方案设计，系统由检测环节、控制单元、变频器和计量泵等构成。本课题的混凝剂自动投加系统属于复合控制系统。混凝效果通过加药后水的SCD值和沉淀池出水浊度反映出来，作为反馈信号送给PLC模糊控制器，组成串级控制系统，作为主要控制手段。为进一步提高原水流量大幅变化时的响应速度，加入流量比例前馈控制系统，使响应时间小于30 s，并作为辅助控制手段，以提高系统的稳定性。以上控制的输出分别作用于计量泵的转速和冲程，以控制投药量。
　　 将模糊控制与PLC相结合，克服了传统的调节器超调大的缺点，充分发挥PLC控制灵活、编程方便、适应性强的优点，实现了混凝剂科学合理在线投加，提高了系统的响应速度和稳定精度。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 选题的意义与背景

1.2 混凝投药技术的研究现状

1.2.1 经验目测法

1.2.2 烧杯试验法

1.2.3 数学模型法

1.2.4 模拟法

1.2.5 胶体电荷控制法

1.2.6 颗粒检测技术

1.3 控制理论在混凝投药环节的应用现状

1.3.1 手动控制阶段

1.3.2 自动控制阶段

1.3.3 智能控制阶段

1.4 本论文的主要研究内容

2 模糊控制技术

2.1 模糊控制系统理论概述

2.1.1 模糊控制系统的组成

2.1.2 模糊控制的特点

2.2 模糊自适应P1D控制器的结构及设计步骤

2.2.1 模糊自适应PID控制器的结构

2.2.2 模糊自适应PID控制器的设计步骤

3 模糊PID控制器的MATLAB实现

3.1 PID控制器参数对控制系统的影响

3.1.1 比例（P）控制

3.1.2 比例微分（PD）控制

3.1.3 比例积分（PI）控制

3.2 Mamdani型模糊控制器+PID控制器的设计

3.2.1 定义输入、输出变量

3.2.2 定义PID参数模糊调整规则

3.2.3 模糊推理及解模糊化

3.3 控制系统性能分析

3.3.1 仿真模型

3.3.2 仿真系统框图

4 自动配液系统的设计与主要设备选型

4.1 净水原材料反应机理简述

4.2 配液系统的作用

4.3 配液系统的组成

4.3.1 设备选型

5 自动投加系统的设计与主要设备选型

5.1 自动投加方式

5.2 混凝剂自动投加系统的工艺流程

5.3 混凝剂自动投加系统的结构组成

5.3.1 检测部分

5.3.2 控制单元

5.3.3 加药设备

6 系统的软硬件设计

6.1 电气部分的选型

6.1.1 变频器的选型

6.1.2 PLC的选型

6.2 电气控制元件的选择

6.2.1 系统中各电机的基本参数

6.2.2 主电路的组成及电气控制元件的选择

6.2.3 PLC控制系统的I/O点及地址分配

6.2.4 端子接线图

6.2.5 电控系统主电路图

6.2.6 电控系统控制电路图

6.2.7 PLC及扩展模块外围接线图

6.3 控制软件设计

6.4 系统的抗干扰措施

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文