摘要：系統地研究了PID在污水處理中的應用。該PID選擇S7－300系列PLC，使用WinCC軟件對上位機進行系統組態，運用STEP7軟件對下位機進行編程，采用先進的自適應模糊PID控制方案對污水處理進行控制。在某污水處理廠的實施結果表明：其結構合理，安全可靠，技術性能均滿足實際需要。
　　
　　關鍵詞：污水處理；PID；PLC；模糊自適應PID
　　引言
　　隨著人口的增加、經濟的發展以及工業步伐的加快，我國城市污水的排放量也同趨增長，現代污水處理廠采用計算機控制日益普通。在工業過程的計算機控制系統中，PID已成為一種在企業中廣泛應用的主流控制系統。同時，集4C技術為一體的DCS已經在水廠污水處理等工藝流程的監控和管理中得到了成功的應用。
　　1、污水處理工藝簡介
　　考慮到處理規模屬于中小型規模污水處理廠，確定污水處理工藝為CASS工藝，為更好地使水處理達標，制定工藝如下：
　　
　　圖1污水處理工藝流程
　　工藝流程簡述：
　　廢水送至污水處理站，如來水水質異常，則進入事故池儲存另行處理；如來水滿足進污水站要求，則先通過格柵池攔截粗大懸浮物，然后進入調節池中調節水質，調節池出水由提升泵送至冷卻塔中，使廢水溫度降低至30℃以下，冷卻塔出水自流入CASS池中進行好氧生物處理，好氧處理后的澄清廢水通過潷水器排出到清水池，回用或達標排放。其CASS池取代了傳統的沉淀池，從而降低了占地面積。
　　2 PID工程設計
　　2.1PID結構組成
　　集散控制系統由過程輸入輸出裝置、過程控制裝置、操作接口和數據通訊系統4部分組成。過程輸入裝置主要是傳感器和機器運轉的信號;輸出裝置主要是控制模塊;過程控制裝置主要是帶有計算和判斷功能的微處理器;操作接口主要實現人與控制系統的信息交換;數據通訊系統主要進行數據的實時傳遞。集散控制系統原理如圖2所示：
　　
　　圖2集散控制系統原理圖
　　
　　2.2系統硬件配置
　　根據工藝要求，該DCS是以工控機為上位機，以PLC控制器為下位機，以控制儀表等設備為現場控制單元的3級分布式控制系統，如圖3所示：
　　
　　圖3系統硬件框圖
　　本項目選用兩個PLC現場控制站，PLC控制站與相應的MCC(MotorControlCenter)置于同一地點，對于設備較為集中又遠離現場的控制站通過遠程I/O通訊電纜連接這樣既節省它們之間的電纜，又提高了PLC控制站的運行可靠性。
　　西門子PLC具有技術穩定應用較成熟可縮短項目開發周期降低項目成本等特點西門子300系列PLC是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求，可以滿足CASS水處理工藝控制的需要，因此，本項目選擇西門子300系列PLC。
　　PLC要與上位機和現場設備進行通訊，考慮到其綜合性價比，該系統選用標準型CPU315－2DPCPU帶有PROFIBUS－DP接口，可以實現輸入輸出模塊的地址參數化，通過改變參數來改變輸入輸出地址，支持分布式自動化結構，可以快速方便地實現現場
　　設備與PLC的通訊。
　　2.3軟件實現
　　2.3.1上位機系統組態
　　WinCC是運行在標準環境下的HMI，是具有強大功能和極高性價比的SCADA，它提供了適用于工業的圖形顯示消息歸檔以及報表的功能模板，具有高度的實用性，因此，進行系統組態時上位機采用WinCC軟件該系統共設計有10余幅畫面，包括打印管理、曲線、參數設置、總貌畫面等。在每個畫面下方有數個自定義軟件，運行時只要按下相應的功能能及畫面如圖4所示。
　　
　　系統組態時，首先應根據控制要求，利用組態軟件系統提供的圖形庫，模擬實際的污水處理系統，將顏色、圖形、顯示數據組合在一起，然后定義組態軟件內部的變量，建立變量連接，從而污水處理現場的工作狀況以動畫的形式反映在屏幕上，使操作員在計算機前發布的指令也能迅速送達現場。此外系統還為部分動畫連接的圖形對象設置了訪問權限，以確保污水處理系統的正常工作。
　　2.3.2下位機PLC程序設計
　　系統采用STEP7編程軟件對下位機進行編程。它允許多個用戶同時處理一個項目，但不允許多個用戶同時對一個項目進行寫操作STEP7采用模塊化設計方法，能提供功能明確的系列基本模塊在下位機預處理區，PLC控制程序主要實現對4個子控制區的自動控制;在反應池區，主要是根據CASS污水處理工藝要求來實現對攪拌機鼓風機等設備的自動控制;在污泥處理區，主要實現對污泥投加泵輸送機等的自動控制。
　　2.4自適應模糊PID控制
　　根據污水處理工藝要求和溶解氧的實際響應，本文利用自適應模糊PID控制器，建立了一套完善的污水處理系統，以滿足不同污水處理條件對控制參數的要求，從而實現對溶解氧的自適應控制該方法能縮短處理時間，降低電能消耗和運行費用，穩定出水水質。自適應模糊PID控制器原理如圖5所示。
　　
　　圖5自適應模糊PID控制器原理圖
　　首先，根據調節經驗和技術知識，操作人員把模糊控制總結成為IFTHEN形式的模糊規則，并把這些規則及初始化的PID參數存到計算機中；然后，根據系統的響應情況計算出采樣時刻的偏差E及偏差變化率EC，將它輸入到控制器中;接著，運用模糊推理對E及EC進行模糊運算，根據不同的E及EC實時在線整定PID控制器的3個修正參數KpKiKd，得到該時刻的Kp、Ki、Kd，實現對PID參數的最佳調節由模糊化模糊推理去模糊化3步組成了利用模糊控制的原理來確定PID控制器參數的過程。通過總結工程設計人員的技術知識和實際經驗，根據系統的實際要求，設定各輸入輸出變量模糊子集的隸屬度函數、模糊變量的量化論域、模糊控制規則，建立模糊表，對Kp、Ki、Kd三個參數分別進行調節，最終設計出模糊控制器模糊控制器是通過計算當前系統輸入語言變量E和EC，利用模糊規則進行模糊推理，通過模糊查詢規則來進行參數調節的。
　　3污水處理效果
　　污水處理廠投產以來，污水處理系統運行基本平穩，處理后的水質達到了工程設計要求該控制系統的設計和DCS自動控制技術的成功應用實現了生產參數的自動檢測和控制，保證了污水處理后水質的穩定性，降低了污水治理的成本，在中型污水處理廠中具有一定的推廣價值。
　　參考文獻：
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