基于PLC的污泥消化池温度模糊PID控制系统设计与仿真-论文.pdf

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1、羹堡量坌!snejiYuFen×基于PLC的污泥消化池温度模糊PID控制系统设计与仿真冯谋(石家庄市桥东污水治理工程筹建处，河北石家庄050026)摘要：为了提高污泥消化池温度控制的稳定性和精度，在常规PID控制的基础上采用PLC设计了温度模糊PID控制系统，利用模糊控制算法求得PID控制参数的调整量，实现了PID参数的在线自动调整。性能仿真测试表明：污泥消化池温度模糊PID控制系统控制性能优于常规PID控制系统，控制精度达到了±1℃，满足了污泥消化温度控制的要求。关键词：PLC；污泥消化池；温度；模

2、糊PID控制；性能仿真0引言消化池内厂，_、消化池内垦垦星堡=7．壁堕篁污泥厌氧消化是目前国际上最为常用的污泥稳定方法，其偏中以中温消化最为常用。相对于污泥好氧稳定过程，污泥厌氧差消化可以达到很好的稳定效果，能最大限度地降解污泥中的有午、f机物。这种工艺能耗低，污泥体积一般可减少1／3～1／2，而且PLC(S7—200CPU224)模糊PⅢ控制器+EM235在工艺过程中还可以产生高能量的沼气。甲烷菌对温度波动非常敏感，一般应将消化污泥的温度波动控制在±1℃范围内。试验结果表明：厌氧消化系统稳定运行期间

3、温度控制在(35±1)℃，初沉污泥的消化效果较好_1]。进泥温度温度对污泥厌氧消化非常重要。然而消化池一般体积较大，温度控制滞后比较严重，应用常规PID温度控制系统，控制图1消化池温度闭坏控制系统精度和鲁棒性都不太理想。因此，本文将PID控制与模糊控制出3个参数的实时修正量、和，实时自动优化PID的简便性、灵活性、鲁棒性融为一体，来实现污泥温度自动非线控制器中k、k和k这3个参数，实现污泥温度自动非线性自性自适应调节的控制要求。适应调节的控制要求。e和ec的表达式为：1污泥中温厌氧消化温度控制方案re

4、—c(￡)一C(￡)弋J一面de一在污泥中温厌氧消化生产过程中，温度起着至关重要的作用，直接影响着菌落的生长、沼气的产量、污泥体积的减少量和式中，c(￡)为消化池温度设定值；C()为消化池温度实际值。污泥性质的稳定性。本系统采用消化池外热交换器预热方式2．2PID参数整定原则加热，温度波动即加热的效果与热交换器温度以及进泥温度、根据系统在受控过程中对应不同的e和ec将PID参数的进泥次数、进泥历时和每次的进泥量有关。进泥次数、进泥历整定原则归纳如下_2]：时和每次的进泥量由实验给定，所以消化池温度就与

5、进▲●泥●温●●●度●●●●一一一(1)当IeI较大时，为使系统具有较好的跟踪性能，应取较和热交换器温度有关，热交换器温度通过控制热水循环泵频率大的与较小的T。同时，为避免系统响应出现较大的超调，改变。本系统通过消化池内温度与设定值的比较以及进泥温。应对积分作用加以限制，通常取=O。度与设定值的比较，经过模糊PID运算改变热水循环泵频率，(2)当}e1处于中等大小时，为使系统响应具有较小的超来控制消化池内温度。调，k应取得小些。在这种情况下，的取值对系统响应的影温度控制系统原理如图1所示，该系统由西门

6、子PLC(S7—响较大，的取值要适当。200，CPU224)控制模块、EM235拓展模块、温度传感器、LCD(3)当leI较小时，为使系统具有较好的稳定性能，k与T触摸显示屏等设备组成。温度传感器把检测到的进泥温度和均应取得大些。同时，为避免系统出现振荡，值根据iecl值池内温度通过EM235模块传送至PLC，PLC负责把检测到的选择，IecI值较大时，取较小值。通常为中等大小。数值与设定值进行模糊PID运算，然后输出结果并通过EM2352．3模糊PID控制器的设计将其变成电压信号传递给变频器，从而实

7、现对消化池温度的根据消化池温度控制参数自整定要求，该模糊控制器是以控制。e和ec为输入变量，以、和为输出变量。把消化池温度偏差e按照数值大小分为大、中、小、04个等级，可得模糊2消化池温度模糊PID控制器集{负大，负中，负小，0，正小，正中，正大)，记为{NB，NM，NS，消化池温度模糊PID控制器是利用模糊控制算法自动修ZO，PS，PM，PB}，其模糊论域为[一3，一2，～1，0，1，2，3]。隶正常规PID控制器中的比例、积分和微分(是、k、k)3个参数，属函数表达式为l3]：达到自动优化控制的目

8、的。jiec)×2．1模糊PID控制器原理上1—————一一消化池温度模糊PID控制器以温度的偏差e和温度的变∑(e，ec)化率ec作为控制器的输入，经过控制器的模糊处理，自动计算112sejY×。：三l∑(，)×ZXkk=—————一∑(e，ec)J17∑(g，ec)×kd=上生1—————一∑(e，ec)J穹1在线自整定模糊控制隶属函数应采用三角形隶属函数和菱形隶属函数，当误差较大时选取较为宽胖的菱形函数作为隶属函数，其余部分采用三角形隶属函数。隶属