SBR曝气控制的FPGA设计.pdf

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1、2012正仪表技术与传感器2012第3期InstrumentTechniqueandSensorNo．3SBR曝气控制的FPGA设计衷卫声，张平，魏林生(南昌大学环境与化学工程学院，江西南昌330029)摘要：为了提高SBR法污水处理的曝气工段的效率，保证出水水质，节能降耗，设计了控制器。将溶解氧浓度(DO)和耗氧速率(OUR)两参数相结合，模糊与PID算法相结合，实现曝气量和曝气时间的控制。控制器的实现平台是FPGA及其嵌入式软核NiosⅡ，软硬件相协调，达到良好的控制效果。关键词：FPGA；NiosII；耗氧速率；模糊PID中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：

2、1002—1841(2012)03—0044—03DesignofSBRAerationControllingonFPGAZH0NGWei-sheng，ZHANGPing，WEILin—sheng(SchoolofEnvironmentalandChemicalEngineering，Nanchang330029，China)Abstract：InordertoimprovetheeficiencyofaerationofSBRsewagetreatment，ensHreefluent，saveenergyandreducecon—sumption，thispaperde

3、signedthecontroller．ThecontrolofaerationquantityandaerationtimewerebasedonDOandOURparam—eters，usingfuzzyalgorithmandPIDalgorithm．TherealizationofcontrollerwasontheplatformofFPGAandembeddedsoftnuclearNiosⅡ，hardwareandsoftwarecooperatedwitheachother。itachievedgoodcontrolefect．Keywords：FPGA；

4、NiosⅡ；OUR；FuzzyPID0引言对于主要参数DO，由FPGA控制A／D转换，将转换结果与溶解氧(DO)，可反映水体受到的有机物污染的程度，是污水给定值进行求偏差、模糊化、编码查表得到PID三参数、再进行处理过程中的重要参数“-21。SBR反应池中的微生物利用曝气装PID运算，得控制量。其中控制表中存储的输出量是离线计置提供的DO来降解污水中的有机物等污染物质。DO过高增加算得到的；对于OUR的计算，也是由FPGA控制A／D转换并由费用；不仅处理时间长，甚至导致污泥膨胀。因此，准确控制DO的计算模块得到结果U：；对于嵌入式处理器NiosII模块，其配置含量，对于保

5、证出水水质和减少运行费用具有重要意义。为带指令缓冲器、JTAG调试模块、测试用的片上存储器、微生物的呼吸速率OUR(OxygenUptakeRate)是指在单位SDRAM控制器和cfiflash控制器分别完成对外部SDRAM和时间单位体积的混合液中微生物的氧利用速率。它直接反应flash的读写、与上位机通信用的UART、用来手动输入PID三参微生物的生长和底物的去除状况。经研究实验表明：OUR在数的并行IO按键、显示部件等。将软件程序固化在Flash上，SBR反应过程中有明显变化可以作为曝气结束的标志。由bootloader将其调入SDRAM运行。Avalon三态总线可完

6、成采用软测量方式得出OUR可以克服呼吸速率测量仪操作繁对各部分的协调。系统的工作流程图如图1所示。琐，滞后大、价格昂贵等缺点。流量、电导率、温度、溶解氧参数检测模糊控制不依赖于精确的数学模型，在这一特点上弥补了计算0uRIll经典PID控制的不足；模糊控制的输入参数通常为偏差及偏差变化率，导致其缺少积分作用项，无法消除稳态误差，这一不足：＼)[／程置。厂lIec()：l由PID控制来补偿。因此两者相结合，可优势互补。标志位置0l目前的控制器主要是基于传统的数字计算机、单片机。计I—结——束曝L一气算机软件程序容易受外界影响而无法保证稳定性；根据单片机变频器鼓风机指令周期的

7、长度，其处理速度远低于FPGA。NioslI软核处理器的可配置等特点使其可按需要灵活选用功能模块，缩短开图1系统工作流程图发时间，便于升级，减少不必要的开支。首先，进行参数检测，数据处理，根据OUR计算模型，得出文中利用FPGA编程简单、实时性强的特点，用cycloneOUR的大小，当满足停止曝气条件时，停止曝气；当不满足停止II系列EP2C35型号FPGA。条件时，由模糊PID算法得出控制器的输出量，去控制变频器，1系统总体描述进而控制鼓风机，调节曝气量。系统框架如图2所示。2曝气量的模糊PID控制基金项目：江西省科技攻关项