[发明专利]污水处理好氧池里DO值的模糊PID控制系统

说明书

本发明公开了一种污水处理中自动调节控制好氧池DO（溶解氧）值的模糊PID控制系统及方法。包括：DO值采集传感器、PLC控制电路、供电电源电路、变频鼓风机、MATLAB里的模糊PID控制程序、组态王上位机软件组成，本发明能够使好氧池里的DO值控制简便，利用MATLAB的快速进行复杂算法的优势，DO值控制效果最佳，组态王上位机软件直观显示整个控制过程，很好适应污水处理过程中的非线性和多变性特点。

技术领域：

本发明设计一种污水处理好氧池里DO值的模糊PID控制系统。

技术背景：

在污水处理过程中，COD（化学需氧量）值和DO（溶解氧）值是两个关键的参数，其中好氧池里的DO值高了会爆散污泥，出水带悬浮物、低了则微生物缺氧造成水质发臭,导致处理能力降低使水产生浑浊。因此需要快速、精准地对DO值进行控制。

目前污水处理过程中，普遍采用变频鼓风机的曝气装置，通过鼓风机产生的气体从污水底部逐渐上升的过程中，调节污水的DO值。

但是因为整个系统的非线性和复杂性，使得常规控制方法有很大的滞后性，不能精准快速达到污水处理工艺要求的DO值。本发明利用MATLAB软件能够快速计算复杂控制算法的优势，利用组态王上位机软件将MATLAB模糊PID算法和PLC控制器联系起来，使得控制响应速度更快，控制效果实时性加强。

发明内容：

本发明针对上述所述控制方法的缺点，将污水处理工艺要求的DO值作为模糊PID算法的控制目标，应用模糊PID控制算法算出PID控制器三个参数kp、ki、kd，组态王上位机软件将新的PID控制器参数传输至PLC控制电路，转换成变频鼓风机的运行频率，改变变频鼓风机的转速，改变好氧池的曝气量从而调节好氧池的DO值。

附图说明：

附图1是本发明的系统原理图

附图2是本发明的模糊PID控制算法流程图

具体实施方式：

结合附图详细介绍污水处理好氧池里的DO值模糊PID控制系统及方法：

如图1所示：DO值传感器（1）、PLC控制电路（2）、组态王上位机软件（3）、MATLAB模糊PID算法（4）、变频鼓风机（5）、供电电源电路（7）组成，DO值传感器（1）采集得到好氧池里污水的DO值转换成电压信号与PLC控制电路（2）相连，PLC控制电路（2）与组态王上位机软件（3）相连，组态王上位机软件（3）与MATLAB模糊PID控制算法（4）相连，PLC控制电路（2）与变频鼓风机（5）相连，PLC控制电路（2）通过组态王上位机软件（3）由OPC网络通信得到MATLAB模糊PID控制器（4）算出的PID控制器参数来实现自动控制好氧池（6）里的DO值。

如图2所示：MATLAB模糊PID算法将组态王上位机软件传送的DO值与污水处理工艺要求的DO值进行比较，得到相应的DO值偏差和偏差变化率，对偏差和偏差变化率进行模糊化处理。利用现场的经验数据和污水处理工艺数据，得到PID控制器三个参数kp、ki、kd对应的模糊控制表，对DO值偏差设定三个模糊子集：DO值偏差大、DO值偏差适中、DO值偏差小，对电压偏差率ec设定三个模糊子集为：DO值变化快、DO值变化适中、DO值变化小。对模糊算法的输出变量v设定五个模糊子集为：频率快速增加、频率缓慢增加、频率不变、频率缓慢下降、频率快速下降。最后根据不同的模糊子集算出对应的PID控制器三个参数。

根据现场经验及实验数据得出模糊控制规则为：

1.如果检测得到的DO值比设定DO值低，则说明好氧池里的含氧量小，需要增大曝气量，执行模糊控制器的输出子集为：频率快速增加；

2.如果检测得到的DO值与设定DO值相等，偏差率适中，则说明好氧池里的DO值符合设定要求，执行模糊控制器的输出子集为：频率不变；