模煳控制在污水处理中的应用

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1、化工仪表及自动化模糊控制在污水处理中的应用模糊控制在污水处理中的应用(青海大学化工学院2007级化学工程与工艺专业化工工艺2班梁永强青海西宁810016)摘　要：　本文在分析了污水处理的基本原理、基本处理流程及模糊控制系统的设计理论的基础上，针对污水厂污水处理系统的提升泵房部分，设计和实现了污水处理自适应模糊控制系统，将模糊控制这一新的控制策略引入到污水处理系统中来，有效克服了污水处理的非线性和强时滞性，实际运行表明该控制系统的控制性能和效果都优于常规的控制方法，有较好的稳定性和鲁棒性，节能效果明显，具有一定的推广价值。关键词：　模糊控制；　污水处理；　提升泵房；　液位变化1.模糊控制在污

2、水处理中的应用的设计目的和意义1.1目的：在实际的污水处理运行中，许多工程系统变得越来越复杂。主要表现在高度的非线性、动态突变性及分散的传感元件与执行元件，复杂的信息结构等，还有某些不确定性，而这些都难以用精确的数学模型来描述。然而，基于精确模型基础上的传统控制并不能解决这种复杂的控制问题。在这种情况下，采用模糊控制可以取得其他控制方式无法达到的控制结果。1.2意义：典型的复杂的污水处理系统无法找到精确的数学模型，传统的控制方式又缺乏灵活性和应变性。在此，模糊控制充分显示了自身的优越性。因为建立模糊控制规则可以利用人的知识和经验以及新的研究成果，让计算机模拟人脑对模糊事物的处理能力，进而完

3、成其他控制方式无法处理的模糊信息，实现具有智能化的模糊控制，让它在污水处理的应用中日益广泛与深入。2.模糊控制在污水处理中的应用的发展现状自从1974年英国的马丹尼将模糊语言逻辑用于过程控制成功后，模糊控制在工业过程、家用电器及高技术领域发挥了巨大的应用潜力。2.1国内方面：随着我国经济的高速发展，对环境保护方面提出了更高的要求，各大中城市都相继建成了污水处理厂。污水处理方案有好多，但实际运行效果好的只有少数。科技人员通过对模糊控制新理论的分析及活性污泥法污水处理过程非线性、时变性与随机性的过程变化特点，强调指出模糊控制在污水处理中应用的可行性与必要性以及广阔的应用前景。尤其在活性污泥法中

4、通过在线检测PH来研究它们与有机物降解、硝化、反硝化、生物除磷等生化反应方面，实现模糊控制，取得了令人满意的控制效果。2.2国外方面：国外污水处理方面，目前研究较多的是Tsai.Y.P等人对出水悬浮物浓度进行预测和控制的活性污泥法模糊控制。次外，还有生物电极法模糊控制对硝酸态氮污染水的脱氮处理，也取得了好的控制效果。7化工仪表及自动化模糊控制在污水处理中的应用3.模糊控制在污水处理中的应用的技术路线及主要工作原理3.1污水处理工艺流程鼓风供养回流污泥二沉池提升泵房沉砂池反应池隔栅污水清水排外剩余污泥剩余污脱水消化浓缩泥图1污水处理工艺流程图污水处理工艺流程如图1所示，即由厂区外的主污水管道

5、而来的污水进入格间，由2台粗格栅将污水中体积较大的污物拦住，通过格栅机的污水继续前行流入水泵房。进水泵房底部放置有5台潜水泵，主要用于将污水提升到高处，以使污水靠重力作用流经其余的处理阶段。传统的提升泵站的控制方式采用液位控制，当水位达到一定值后，依次开启相应的潜水泵。这种控制方式存在的问题是泵启动频繁、泵磨损情况不同，造成泵更换周期短、维护量大等。于是，通过对泵站进水量和控制设备的分析，提出采用模糊控制方法对提升泵站进行控制。3.2主要工作原理3.2.1模糊控制简介模糊控制系统由被控制过程和模糊控制器构成，模糊控制器由模糊化、模糊推理和去模糊化三部分组成，三者均建立在知识库（控制率和隶属

6、函数）基础上。模糊控制的基本原理如图2所示。模糊控制器控制率、隶属函数知识库模糊推理去模糊化模糊化D/AA/D设定值偏差　　　xe－z敏感环节被控过程敏感环节测量值图2模糊控制系统方块图7化工仪表及自动化模糊控制在污水处理中的应用模糊控制系统的主要特点是对操作人员的控制经验进行总结，形成可以通过控制系统表达的控制方法，达到自动控制的目的。泵站的传统控制只考虑了液位的变化，没有考虑变化率。由于集水井具有非线性和大延迟性，因此，往往出现控制滞后现象。采用计算机技术和先进液位检测仪表后，可非常简便地得到液位差和液位变化率，通过引入模糊控制方法，利用液位变化率，实现PD控制结构，能明显提高泵站对进

7、水量变化的响应能力。3.2.2泵站模糊控制方法结合有关文献和实际，对污水厂污水提升泵站进行了以下的控制方法实施。3.2.2.1模糊控制器语言变量模糊控制器采用三个模糊变量：液位差（E）、液位变化率（EC）和启动泵台数（U），其中E和EC为输入模糊变量，U为使出模糊变量。模糊控制器由PLC编程实现。现采样间隔设为10s，这种结构实质上为非线性的PD控制方式。3.2.2.2模糊论域和隶属度函数根据现场对集水井液位变化情况的了