基于PLC与模糊PID的混凝投药复合控制系统的研究

论文摘要

随着生产的发展和社会的进步,人们对自来水水质的要求越来越高。如何提高净水处理水平,保障供水质量,也就成了当前供水行业技术人员共同关注的热点问题。本文介绍了国内外自动加药控制技术的发展现状。通过对自动投加系统的检测环节、控制模式和控制策略进行分析,针对水处理工业中加药过程具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点,提出了一种基于PLC(可编程逻辑控制器)的模糊PID控制实现方法,论述了模糊控制器的原理和结构,分析了PID控制和模糊控制的优缺点,考虑可以把它们相互结合,扬长避短,具体是采用模糊自整定PID控制。其目的是使控制器能够根据实际情况,调整K_P、K_I、K_D三个参数,实现对混凝剂投加量在线调整的控制目标。使用MATLAB/Simulink软件,对控制系统进行了串级PID控制、串级模糊PID控制的控制性能仿真研究。仿真结果表明相对于串级PID控制,串级模糊PID控制可实现超调小、调节迅速,给定值抵抗一次扰动的能力强,使系统具有优良的控制精度和稳定性,从而改善了整个系统的动态品质。论文对自动投加系统进行了方案设计,系统由检测环节、控制单元、变频器和计量泵等构成。本课题的混凝剂自动投加系统属于复合控制系统。混凝效果通过加药后水的SCD值和沉淀池出水浊度反映出来,作为反馈信号送给PLC模糊控制器,组成串级控制系统,作为主要控制手段。为进一步提高原水流量大幅变化时的响应速度,加入流量比例前馈控制系统,使响应时间小于30 s,并作为辅助控制手段,以提高系统的稳定性。以上控制的输出分别作用于计量泵的转速和冲程,以控制投药量。将模糊控制与PLC相结合,克服了传统的调节器超调大的缺点,充分发挥PLC控制灵活、编程方便、适应性强的优点,实现了混凝剂科学合理在线投加,提高了系统的响应速度和稳定精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的意义与背景
• 1.2 混凝投药技术的研究现状
• 1.2.1 经验目测法
• 1.2.2 烧杯试验法
• 1.2.3 数学模型法
• 1.2.4 模拟法
• 1.2.5 胶体电荷控制法
• 1.2.6 颗粒检测技术
• 1.3 控制理论在混凝投药环节的应用现状
• 1.3.1 手动控制阶段
• 1.3.2 自动控制阶段
• 1.3.3 智能控制阶段
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 2 模糊控制技术
• 2.1 模糊控制系统理论概述
• 2.1.1 模糊控制系统的组成
• 2.1.2 模糊控制的特点
• 2.2 模糊自适应PID 控制器的结构及设计步骤
• 2.2.1 模糊自适应PID 控制器的结构
• 2.2.2 模糊自适应PID 控制器的设计步骤
• 3 模糊PID 控制器的MATLAB 实现
• 3.1 PID 控制器参数对控制系统的影响
• 3.1.1 比例（P）控制
• 3.1.2 比例微分（PD）控制
• 3.1.3 比例积分（PI）控制
• 3.2 Mamdani 型模糊控制器+PID 控制器的设计
• 3.2.1 定义输入、输出变量
• 3.2.2 定义PID 参数模糊调整规则
• 3.2.3 模糊推理及解模糊化
• 3.3 控制系统性能分析
• 3.3.1 仿真模型
• 3.3.2 仿真系统框图
• 4 自动配液系统的设计与主要设备选型
• 4.1 净水原材料反应机理简述
• 4.2 配液系统的作用
• 4.3 配液系统的组成
• 4.3.1 设备选型
• 5 自动投加系统的设计与主要设备选型
• 5.1 自动投加方式
• 5.2 混凝剂自动投加系统的工艺流程
• 5.3 混凝剂自动投加系统的结构组成
• 5.3.1 检测部分
• 5.3.2 控制单元
• 5.3.3 加药设备
• 6 系统的软硬件设计
• 6.1 电气部分的选型
• 6.1.1 变频器的选型
• 6.1.2 PLC 的选型
• 6.2 电气控制元件的选择
• 6.2.1 系统中各电机的基本参数
• 6.2.2 主电路的组成及电气控制元件的选择
• 6.2.3 PLC 控制系统的I/O 点及地址分配
• 6.2.4 端子接线图
• 6.2.5 电控系统主电路图
• 6.2.6 电控系统控制电路图
• 6.2.7 PLC 及扩展模块外围接线图
• 6.3 控制软件设计
• 6.4 系统的抗干扰措施
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文