蔣琪

【摘 要】本文主要對污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中的控制策略進行了研究。在信息管理層中，根據(jù)污水處理控制延時較長、容易出現(xiàn)超調(diào)等問題，采用模糊PID控制算法對污水處理流程進行監(jiān)控，不僅保證了污水處理的質(zhì)量，而且還降低了污水處理成本，是污水處理的發(fā)展方向。

【關鍵詞】污水處理；監(jiān)控系統(tǒng)；模糊PID

0 概述

隨著我國人口的不斷增長，以及社會的不斷發(fā)展，社會水資源需求量越來越大。污水處理及再利用也成為了一個重要的研究方向。與一般包括工業(yè)污水的城市污水相比，煤礦污水污染物濃度偏低，污水可生化性好，處理難度小。目前比較流行的污水處理監(jiān)控主要是由現(xiàn)場設備、PLC控制站、中央控制站的三級監(jiān)控網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。在污水處理監(jiān)控過程中，用戶既可以在PLC控制站直接對各種設備進行控制，同時也可以通過中央控制室中，遠程對污水處理流程中的各種設備進行控制。

1 煤礦污水處理綜合系統(tǒng)

煤礦污水處理綜合系統(tǒng)需要同時實現(xiàn)對礦井污水、生活污水以及醫(yī)療污水的處理。但是僅從污水處理的角度來看三種污水的處理可以抽象為一種污水的處理業(yè)務。

對于煤礦污水處理綜合監(jiān)控系統(tǒng)的用戶而言，其具體的業(yè)務就是對煤礦三種污水處理的設備運行狀況進行監(jiān)控，并通過對污水處理現(xiàn)狀的描述，來設置系統(tǒng)運行的相關閾值和參數(shù)，同時生成必要的污水處理報表進行審核，從而能夠隨時對污水處理的現(xiàn)狀進行了解。

煤礦污水監(jiān)控系統(tǒng)的重點是設備的控制，按照污水處理工藝理論，污水處理過程中曝氣需氧量和溶解氧濃度存在滯后，是一個非線性的關系，但是可以進行分段的線性化。為此，主要采用PID控制技術來進行污水處理過程中的水量、水質(zhì)的控制，從而提高污水處理的曝氣效果和節(jié)能效果。

在單閉環(huán)PID恒值控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)所調(diào)節(jié)的參數(shù)一直保持不變，或者是不超過某一個偏差。PID控制方案思路簡單，實現(xiàn)容易，如果檢測到污水中污染物濃度高于排放標準時，就以恒定的速度往污水中投放藥物，當污染物濃度低于排放標準時，就停止藥物的投放。但是，使用PID控制方案控制污水中藥物投放時，可能會由于如下兩個方面的原因?qū)е滤幬锿斗胚^量：一是，藥物反應的延時導致藥物投放過量；二是，污水中藥物濃度的不均衡性導致藥物投放過量。這樣就會導致當污水中污染物的實際含量達到排放標準時，繼續(xù)投放藥物，導致藥物浪費，增加了煤礦污水處理成本；另外排放后污水中的藥物也會對環(huán)境造成污染，達不到煤礦污水處理的目的。

2 模糊PID參數(shù)自整定污水處理控制系統(tǒng)

針對污水處理PID控制方案所存在的超調(diào)問題，采用模糊PID參數(shù)自整定污水處理控制系統(tǒng)來緩解污水處理過程中的超調(diào)問題?；谀：齈ID參數(shù)自整定污水處理控制系統(tǒng)的基本思想是，在進行污水處理過程中，不只考慮當前污水處理濃度是否達到標準，同時考慮當前污水濃度與達到排放標準污水濃度的差值來實現(xiàn)藥物的投放量控制。使用模糊PID參數(shù)自整定控制來進行PID控制參數(shù)的調(diào)整，從而進一步提高工作效率。如圖1為模糊PID參數(shù)自整定污水處理控制系統(tǒng)組成方框圖。

模糊PID參數(shù)自整定控制方案流程如圖1所示：

整個控制流程的重點在于找出PID控制流程中e與ec之間的模糊關系，并通過不斷的進行檢測，根據(jù)模糊控制原理，靈活修改Kp，Ki和Kd三個參數(shù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)流程的動態(tài)控制。

模糊PID參數(shù)自整定控制方案的設計流程為：

1）確定PID模糊控制器的輸入/輸出變量，從而確定模糊控制器的控制位數(shù)。模糊控制器的輸入變量為偏差e和偏差變化率ec，其輸出為PID控制器參數(shù)Kp，Ki，Kd。

2）根據(jù)實際的污水處理情況，進行輸入/輸出變量范圍的確定，并且確定這些變量的比例因子、量化因子以及等級。

3）對于每一個變量定義模糊子集，確定模糊子集的個數(shù)，并確定模糊子集的語言變量，為各語言變量選擇合適的隸屬度函數(shù)。

4）確定模糊控制規(guī)則，即根據(jù)煤礦污水處理實際情況，在控制操作人員的工作經(jīng)驗上，進行總結(jié)，并得到的模糊條件語句集合。

5）求出模糊控制表，根據(jù)所確定的模糊控制規(guī)則，確定模糊控制的輸出，并將這些輸出以表格的形式進行輸出。

6）根據(jù)模糊控制規(guī)則表，選擇合適方式將模糊的規(guī)則表轉(zhuǎn)換成為具體的PID參數(shù)。

7）PID控制方案根據(jù)所得到的PID參數(shù)進行控制，從而提高PID控制方案的靈活性。

為了實現(xiàn)模糊控制器的標準化，在本文所研究的礦井污水處理中，主要采用瑪達尼所提出的模糊控制器標準化設計方法，將[-6，6]之間連續(xù)變化的輸入誤差E，以及誤差變化△E離散化，從而構(gòu)成了一個包含了如下13個整數(shù)的離散集合：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，并且將[-6，6]區(qū)間內(nèi)的連續(xù)變量劃分為8個模糊狀態(tài)，即“負大”（NB），“負中”（NM），“負小”（NS），“負零”（NO），“正零”（PO）、“正小”（PS），“正中”（PM），“正大”（PB），并且PLC控制的每一個模糊狀態(tài)對應了其中的一個模糊集A={A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8}。將所示的“正零”和“負零”合并之后，將[-6，6]區(qū)間內(nèi)浮動的誤差分成7個模糊狀態(tài)，分別為“負大”（NB），“負中”（NM），“負小”（NS）， “零”（ZO）、“正小”（PS），“正中”（PM），“正大”（PB）。

對于負誤差情況，如果誤差為 NB 或 NM，而且誤差變化也是負的（NB，NM 或NS），那么選擇 PB 作為控制量，以便更快消除誤差。足夠快的加速控制響應；如果誤差變化為正，這表明誤差趨于減小，應選擇較小的控制量，即誤差變化為 PS 時，控制量取 PM，而誤差變化為 PM 或 PB 時，可不增加控制量，所取控制量為 ZO。當誤差較小時，主要問題是使控制系統(tǒng)盡快趨向穩(wěn)定，并防止發(fā)生超調(diào)現(xiàn)象。這時的控制量是根據(jù)誤差變化確定的。例如，若誤差為 NS，誤差變化為 PB，則取控制量為 NS。根據(jù)系統(tǒng)的運行特點，當控制系統(tǒng)的誤差和誤差變化同時改變正負號時，控制量也必須變號。因此，對于正誤差，控制量可被對稱地確定。

3 結(jié)束語

本文主要對污水集中監(jiān)控系統(tǒng)的控制策略進行探究，通過借助模糊PID參數(shù)自整定污水處理控制系統(tǒng)來提高污水控制處理的精準性。通過采用模糊PID算法能過減少藥物投放量，降低污水處理成本，減少排放污水的藥物含量，提高污水處理的能力和節(jié)能效果。

【參考文獻】

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[2]馬衛(wèi)衛(wèi)，王社平.煤礦污水處理廠自動控制系統(tǒng)特性[J].給水排水，2013.26（1）.

[責任編輯：田吉捷]