基于模糊控制的污水曝气系统的研究-梁昔明

2012年3月第19卷第2期控制工程ControlEngineeringofChinaMar．2012Vol．19，No．2文章编号:1671-7848(2012)02-0328-04收稿日期:2010-09-29;收修定稿日期:2010-11-04基金项目:国家自然科学基金(60874070);高校博士点基金(20070533131);教育部留学回国科研人员启动基金作者简介:梁昔明(1967-)，男，湖南汨罗人，教授，博士生导师，主要从事最优化方法及应用、进化计算等方面的教学与科研工作。基于模糊控制的污水曝气系统的研究梁昔明，周威，李山春(中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙410083)摘要:针对某污水处理厂鼓风机房、生化池曝气过程系统，介绍了一般污水处理厂的污水处理工艺流程，并就其中的曝气过程，提出了基于PLC和变频器的电气控制方案，设计了基于OPC技术的上位机监控系统。考虑到污水处理曝气过程具有间歇性、时滞性的特点，采用模糊控制对出水溶解氧浓度参数进行控制。基于一定假设，对曝气过程进行数学建模，通过Matlab仿真，将传统PID控制与模糊控制进行比较，结果表明了模糊控制策略的有效性和优越性。关键词:模糊控制;曝气过程;溶解氧;PLC中图分类号:TP27文献标识码:AStudyofWastewaterAerationSystemBasedonFuzzyControlLIANGXi-ming，ZHOUWei，LIShan-chun(SchoolofInformationScienceandEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China)Abstract:Accordingtotheaerationprocessofbiochemicalpondandblastroomofawastewatertreatmentplant，technologicalprocessofwastewatertreatmentisintroduced，electriccontrolprojectbasedonPLCandVFDispresented，andupper-computermonitoringsys-tembasedonOPCtechnologyisdesigned．Consideringintermittence，andtime-delayoftheaerationprocess，tocontroldissolvedoxy-genconcentrationofeffluent，fuzzycontrolisadopted．Basedoncertainhypotheses，mathematicalmodellingofaerationprocessispro-posed，soastocomparetraditionalPIDcontrolwithfuzzycontrolbyMatlabsimulation，whichshowsthatfuzzycontroliseffectiveandsuperior．Keywords:fuzzycontrol;aerationprocess;dissolvedoxygen;PLC1引言近年来，随着我国经济快速发展，工农业生产能力得到了极大的提高。然而，与此同时也产生了诸多的环境问题，水体污染便是其中之一。由于人们环保意识的提高，要求改善水环境的呼声也越来越强烈。结合当前国情，保护我国紧缺的水资源，美化人居环境，必须加大水污染环境治理的力度，而这其中一个较为有效的方法就是建立污水处理厂，进行污水处理。目前，大部分的污水处理厂采用传统的时间或者流量控制方式［1］，而且随机排放的污水中的有机物浓度变化很大，传统的控制方法难以获得令人满意的控制效果。模糊控制利用模糊数学的基本思想和理论，对不确定性系统具有良好的控制效果。模糊控制发展近三四十年来，应用也越来越广泛，由于不需要建立被控对象的精确的数学模型，并且具有鲁棒性好、容错性强等优点，将其应用于污水处理曝气过程系统当中，能够达到较好的控制效果。2工艺流程1)污水处理流程某污水处理厂污水处理能力为6万吨/日，采用改良型A2/O污水处理工艺［2］，厂内主要设施有二沉池、出水消毒池、出水监控池、污泥回收泵站、氧化沟、在线日监控房、生物除臭装置等。出水水质达到广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)中规定的城镇二级污水处理厂第二时段一级排放标准，以及国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准。一般污水处理厂的污水处理包括三级处理。一级处理过程，管网污水经粗格栅及细格栅过滤，进入沉砂池，主要去除污水中呈悬浮状态的，比重较大的固体无机颗粒。一级处理属于二级处