基于OPC技術(shù)的城市污水處理集散控制系統(tǒng)

王樹(shù)東，王紅波，譚華，陳仕彬，孟靜靜

（1.蘭州理工大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省工業(yè)過(guò)程先進(jìn)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730050；3.河池學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系，廣西 宜州 546300）

1 引言

當(dāng)今，污水處理控制系統(tǒng)越來(lái)越智能化、大型化?？刂葡到y(tǒng)中的各種智能儀器、儀表、PLC等一般是不同的生產(chǎn)廠商提供，設(shè)備具有不同的通信機(jī)制，不同軟件中的通訊模塊訪問(wèn)接口也不盡相同，因而造成工控軟件之間不能相互通信，資源不能共享，數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)整體管理。本項(xiàng)目就是典型的這類(lèi)控制系統(tǒng)，其下位機(jī)采用了瑞士ABB公司的AC500系列PM582－ETH PLC和美國(guó)Allen－Bradley公司的ControlLogix系列1756－L61PLC，上位組態(tài)軟件為組態(tài)王Kingview6.5。為此，如何能使來(lái)自不同廠商的軟硬件組成一個(gè)有機(jī)整體，使各PLC站正常運(yùn)行并能夠互操作，數(shù)據(jù)傳輸可靠，且速度快，成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。OPC（用于過(guò)程控制的OLE）技術(shù)就是為了解決這些問(wèn)題而產(chǎn)生的。

2 OPC 技術(shù)介紹［1］

OPC技術(shù)，由OPC基金會(huì)于1996年秋推出。它是以微軟的OLE／COM技術(shù)為基礎(chǔ)建立的一項(xiàng)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，采用Client／Server模型，具有語(yǔ)言無(wú)關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)。OPC服務(wù)器收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，OPC客戶端通過(guò)OPC標(biāo)準(zhǔn)接口獲取OPC服務(wù)器的各種信息。凡是符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶端都可以訪問(wèn)來(lái)自任何生產(chǎn)廠商的OPC服務(wù)器。

OPC服務(wù)器支持兩種類(lèi)型的訪問(wèn)接口：自動(dòng)化接口 （automation interface）；自 定義接口（custom interface）。自動(dòng)化接口是為基于腳本編程語(yǔ)言而定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以使用VisualBasic，Delphi，PowerBuilder等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)OPC服務(wù)器的客戶應(yīng)用。自定義接口是專(zhuān)門(mén)為C＋＋等高級(jí)編程語(yǔ)言而制定的標(biāo)準(zhǔn)接口。

OPC對(duì)象主要包括服務(wù)器（server）、組（group）和項(xiàng)（item）。Server對(duì)象包含了OPC Server相關(guān)信息，可以對(duì)Group對(duì)象進(jìn)行添加和刪除，是Group對(duì)象的容器。而組對(duì)象相對(duì)于項(xiàng)而言也是一個(gè)包容器，它提供一套管理項(xiàng)的機(jī)制。OPC項(xiàng)則表示了與OPC服務(wù)器中數(shù)據(jù)的連接，包括值（value）、品質(zhì)（quality）、時(shí)間戳（time stamp）3個(gè)基本屬性。

由于采用OPC后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與系統(tǒng)的連接更加簡(jiǎn)單、靈活、方便，針對(duì)硬件的驅(qū)動(dòng)程序不再由軟件廠家開(kāi)發(fā)，而是由硬件廠家提供統(tǒng)一的OPC接口，從而避免了軟件廠家的重復(fù)開(kāi)發(fā)，大大降低了開(kāi)發(fā)費(fèi)用。這樣就可在自動(dòng)化控制軟、硬件之間實(shí)行無(wú)縫鏈接，它使設(shè)備層、自動(dòng)化層以及信息層之間的協(xié)同工作成為可能。因此OPC技術(shù)在國(guó)內(nèi)工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

3 污水處理工藝流程及主要控制

根據(jù)某城區(qū)和其污水的具體特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一座日處理能力為1.7m3／d的污水處理廠。采用循環(huán)式活性污泥法CASS（cyclic activated sludge system）工藝，該工藝具有能耗低、運(yùn)行費(fèi)用少、出水水質(zhì)好、管理簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。其污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Sewage treatment process

城市污水管網(wǎng)收集到的污水經(jīng)過(guò)水廠的進(jìn)水控制井后進(jìn)入粗格柵，在此，比較大的懸浮物被攔截，以防止水流的阻塞和降低后續(xù)生物處理負(fù)荷。然后經(jīng)提升泵提升，以提高水的重力勢(shì)能，從而使水可以依靠重力的作用流過(guò)后續(xù)各個(gè)構(gòu)筑物。接著污水進(jìn)入細(xì)格柵，在細(xì)格柵較小的懸浮物進(jìn)一步被攔截。之后流入回旋沉砂池，進(jìn)行砂水分離。經(jīng)過(guò)沉淀后的污水流入CASS生物反應(yīng)池，CASS反應(yīng)池分預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，該工藝過(guò)程使活性污泥在預(yù)反應(yīng)區(qū)中經(jīng)歷一個(gè)高負(fù)荷的吸附階段，隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個(gè)較低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段，以完成整個(gè)基質(zhì)去除過(guò)程。經(jīng)過(guò)CASS池后的水進(jìn)入接觸池加氯消毒，最后通過(guò)計(jì)量井，此時(shí)的水已達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，排至黃河。而多余的污泥被排泥泵送到脫水機(jī)房，通過(guò)脫水處理，污泥被壓干制成餅，用作肥料。以下就主要的過(guò)程控制加以說(shuō)明。

3.1 鼓風(fēng)機(jī)的控制

PLC根據(jù)反應(yīng)池中測(cè)得的DO值調(diào)節(jié)曝氣池進(jìn)氣閥的開(kāi)度，鼓風(fēng)機(jī)的頻率則根據(jù)出風(fēng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。PLC將實(shí)時(shí)采集的壓力傳感器信號(hào)與用戶設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)PID調(diào)節(jié)控制變頻器的輸出頻率，從而控制鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和出氣量。當(dāng)壓力低于預(yù)設(shè)定值，增大鼓風(fēng)機(jī)頻率，轉(zhuǎn)速加快，氣壓上升。反之，則減少頻率，轉(zhuǎn)速下降，氣壓減少。從而降低鼓風(fēng)機(jī)多余用電負(fù)荷消耗，也使壓力保持穩(wěn)定，同時(shí)也減少了管道壓力過(guò)高時(shí)對(duì)閥門(mén)等設(shè)備的損害［2］。

3.2 加氯間控制

管道泵按設(shè)定的時(shí)間程序由PLC啟動(dòng)，亦可手動(dòng)控制。在加氯間中設(shè)有一臺(tái)漏氯檢測(cè)儀，其有高低濃度開(kāi)關(guān)輸出。當(dāng)檢測(cè)到空氣中氯氣含量超標(biāo)但仍為低濃度時(shí)開(kāi)軸流風(fēng)機(jī)，高濃度時(shí)啟動(dòng)氯氣吸收裝置并關(guān)閉軸流風(fēng)機(jī)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警儀啟動(dòng)。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)根據(jù)污水廠工藝要求和設(shè)計(jì)要求，考慮到系統(tǒng)的可靠性、開(kāi)放性、易維護(hù)性和可擴(kuò)展性，按“集中管理，分散控制”的原則，采用集散控制系統(tǒng)（distribute control system，DCS）。其綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、軟件技術(shù)、輸入輸出接口技術(shù)等前沿技術(shù)，在大型控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，并成為主流。以下給出應(yīng)用OPC技術(shù)的集散控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

在污水處理集散控制系統(tǒng)中，由3個(gè)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站和一個(gè)中心控制室組成，3個(gè)站分布在粗格柵及污水提升泵房控制室（PLC1）、變配電控制室（PLC2）、污泥脫水房控制室（PLC3），中央控制室設(shè)在廠區(qū)綜合辦公樓內(nèi)。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of distributed control system

圖3 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.3 Control systems network architecture

由圖3可見(jiàn)，系統(tǒng)由污水處理廠運(yùn)營(yíng)管理局域網(wǎng)和過(guò)程監(jiān)控工業(yè)以太網(wǎng)二級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的3個(gè)功能層：現(xiàn)場(chǎng)控制層、過(guò)程監(jiān)控層和管理層?，F(xiàn)場(chǎng)控制層由PLC、現(xiàn)場(chǎng)智能儀器儀表、控制設(shè)備等組成。該功能層主要是實(shí)現(xiàn)污水處理廠各部分設(shè)備控制、運(yùn)行狀態(tài)、儀器儀表參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)向監(jiān)控層傳送數(shù)據(jù)和接受監(jiān)控層控制指令。過(guò)程監(jiān)控層是系統(tǒng)信息交換、信息顯示及控制的中心，由接在工業(yè)以太網(wǎng)上的工程師站和操作員站的2臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成。該層通過(guò)組態(tài)工具和監(jiān)控應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)污水處理全過(guò)程的測(cè)量數(shù)據(jù)的集中顯示與管理，具有動(dòng)態(tài)畫(huà)面顯示、報(bào)警、報(bào)表輸出功能、趨勢(shì)預(yù)測(cè)功能、實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。管理層是建立在由管理計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成的局域網(wǎng)上。實(shí)現(xiàn)污水處理廠的生產(chǎn)過(guò)程，決策調(diào)度及各項(xiàng)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理等功能，并留有具有網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)用戶訪問(wèn)接口，實(shí)現(xiàn)授權(quán)的用戶遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)［3］。全廠主要機(jī)械設(shè)備的控制采用就地手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、中央控制站遙控的3層控制模式，控制級(jí)別由高到低為：現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、遙控控制、自動(dòng)控制。

本監(jiān)控系統(tǒng)的配置，不僅顯示出各設(shè)備的運(yùn)行工況及各項(xiàng)工藝運(yùn)行參數(shù)，而且能夠合理解決和協(xié)調(diào)運(yùn)行中各工藝單元之間的優(yōu)化配合，能夠?qū)崟r(shí)采集和以提高整個(gè)污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平，使整個(gè)系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定、安全、高效、低耗運(yùn)行，并取得最佳效益。

4.1 系統(tǒng)硬件選型

考慮到污水處理控制對(duì)系統(tǒng)安全性、可靠性和甲方要求提供不同品牌控制器以滿足日后系統(tǒng)的兼容和擴(kuò)展的要求，本系統(tǒng)硬件組成為：格柵控制室采用的是ABB公司的AC500系列PM582－ETH PLC，變配電室和脫水機(jī)控制室均是Allen－Bradley公司的 ControlLogix系列1756－L61 PLC。ABB公司的AC500系列PLC系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)、可靠性高、價(jià)格適中的特點(diǎn)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)為研華6臺(tái)，CPU：Core2Duo E7400（2.8GHz，800 MHz FSB，2MB L2Cache，EM64－T），液晶顯示器：22×2.54cm，內(nèi)存：2048MB，硬盤(pán)：250GB，光驅(qū)：可讀寫(xiě)DVD，16倍速，集成一個(gè)千／百兆自適應(yīng)以太網(wǎng)控制器。UPS電源（不間斷電源）選用S ANTAK公司的產(chǎn)品6臺(tái)。HP公司彩色噴墨打印機(jī)2臺(tái)，激光打印機(jī)（黑白）2臺(tái)。

4.2 上位監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

污水處理控制系統(tǒng)是一個(gè)多參量、多設(shè)備、多任務(wù)且具有隨機(jī)性、時(shí)變性和耦合性的復(fù)雜系統(tǒng)，其必須確保整個(gè)污水處理工藝和設(shè)備能夠長(zhǎng)期安全可靠的運(yùn)行和科學(xué)的管理，因此，上位監(jiān)控系統(tǒng)采用Kingview6.5進(jìn)行開(kāi)發(fā)。Kingview6.5為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員提供了集成、靈活、易用的開(kāi)發(fā)環(huán)境和強(qiáng)大的功能，能夠快速建立、測(cè)試和部署自動(dòng)化應(yīng)用、傳遞和記錄實(shí)時(shí)信息，使用戶能夠?qū)崟r(shí)查看和管理生產(chǎn)過(guò)程。中心控制室監(jiān)控主畫(huà)面如圖4所示。

圖4 中心控制室監(jiān)控主畫(huà)面Fig.4 The main monitor screen of central control

該上位監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了3大類(lèi)的功能：顯示功能，設(shè)備控制和管理功能，通訊功能。顯示功能，監(jiān)控系統(tǒng)以圖形方式顯示了整個(gè)污水處理工藝流程，動(dòng)態(tài)地顯示了當(dāng)前所處的工作狀況及各設(shè)備的運(yùn)行情況，并將相應(yīng)的參數(shù)如溫度、pH值、DO值、COD值、BOD值等顯示在對(duì)應(yīng)的位置上，使管理人員能及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化和了解各設(shè)備工況，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。設(shè)備控制和管理功能，管理人員可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程對(duì)污水處理系統(tǒng)中的各過(guò)程設(shè)備發(fā)出啟動(dòng)或停止命令，也可以對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定，此時(shí)需要有一定的授權(quán)。管理人員亦能夠通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面上顯示的設(shè)備故障信息，可以調(diào)出設(shè)備所在位置，派人前去維修。如未能及時(shí)處理，也可根據(jù)已經(jīng)建立的設(shè)備故障檔案來(lái)查找信息，從而進(jìn)行維護(hù)。這樣很大程度上減輕了工作人員的工作量，也提高了工作效率，是監(jiān)控軟件優(yōu)勢(shì)的集中體現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫(kù)上根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)獲得的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、打印輸出日，周、月、季、年平均數(shù)據(jù)表和各種監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)報(bào)告，這些用于過(guò)程存檔、歷史數(shù)據(jù)查詢、事故分析和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)等［4］。通訊功能：中心控制室監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊，如與各現(xiàn)場(chǎng)PLC站之間的通訊，與公司調(diào)度系統(tǒng)間的通訊。

5 通訊設(shè)置

對(duì)于大多數(shù)本機(jī)與遠(yuǎn)程設(shè)備之間的通信，組態(tài)王采用OPC或DDE連接，本項(xiàng)目采用OPC作為與遠(yuǎn)程設(shè)備的通信方式，使組態(tài)王可以作為一個(gè)客戶端或服務(wù)器，允許其他OPC服務(wù)器之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。組態(tài)王把每一臺(tái)與之通訊的設(shè)備看作是外部設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通訊，組態(tài)王內(nèi)置了大量設(shè)備的驅(qū)動(dòng)作為組態(tài)王與外部設(shè)備的通訊接口。

OPC服務(wù)器的設(shè)置：打開(kāi)組態(tài)王，在組態(tài)王的工程器中選擇“設(shè)備”，點(diǎn)擊“OPC服務(wù)器”，在顯示的窗口中雙擊“新建”，此時(shí)則會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話窗口，在OPC服務(wù)器列表中選擇“RSLinx OPC Server”，點(diǎn)擊“確定”即可。同樣的操作，再次點(diǎn)擊“新建”，在OPC服務(wù)器列表中選擇“CoDeSys.OPC.02”，點(diǎn)擊“確認(rèn)”。這樣OPC服務(wù)器的設(shè)置就成功。

OPC客服端設(shè)置：在安裝AB PLC、通訊卡和相關(guān)的軟件，編寫(xiě)了程序，并作物理連接后，使用RSLinx連接AB PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)。首先點(diǎn)擊“開(kāi)始”→“所有程序”→“Rockwell Software”→“RSLink”→“RSLink Classic”，這時(shí)打開(kāi)了一個(gè)窗口RSLink Classic Gateway。其次在彈出的窗口 中 點(diǎn) 擊 “communications”，選 擇 “Configure Drivers”，在彈出的窗口中，選擇對(duì)應(yīng)的通訊卡，并進(jìn)行端口配置，配置成功后將顯示所配置的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。完成此項(xiàng)操作后，接著使用“RSWho”命令查找連接的 PLC設(shè)備。待RSWho命令成功的執(zhí)行后，將在設(shè)備列表中列出與本機(jī)連接的所有硬件設(shè)備。之后便是使用Topic Configoration來(lái)進(jìn)行OPC服務(wù)的配置。其操作是點(diǎn)擊“DDE／OPC”→“Topic Configoration”，彈出窗口，選擇“Date Source”，在“Date Source”配置框中配置Topic，選擇一個(gè)物理設(shè)備（PLC），按“New”按鈕即建立了一個(gè)“Topic”，單擊“Done”即可。如此有關(guān)AB PLC的OPC服務(wù)器設(shè)置就建立好了。再依照一定的操作在ABB PLC編程軟件CoDeSys V2.3中進(jìn)行設(shè)置，整個(gè)OPC的通信設(shè)置完成。

6 DO的模糊PID控制

由于污水處理中進(jìn)水的流量和水質(zhì)在時(shí)間上具有不固定性，整個(gè)系統(tǒng)也具有高度的非線性和大時(shí)滯，使其難以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡，而且輸入量為隨機(jī)變量，導(dǎo)致建立污水處理控制系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型是非常困難的。因此，污水處理系統(tǒng)要達(dá)到預(yù)期處理目標(biāo)，保證出水水質(zhì)，還應(yīng)逐步引入模糊PID控制。模糊PID控制兼具模糊控制強(qiáng)魯棒性和良好的動(dòng)態(tài)性能與PID控制可靠性強(qiáng)、精度高、控制簡(jiǎn)單的兩者優(yōu)點(diǎn)，能避開(kāi)繁瑣的建模過(guò)程和解決系統(tǒng)滯后等麻煩問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)污水處理的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制。

本項(xiàng)目將模糊PID控制應(yīng)用于溶解氧DO的控制中。溶解氧的濃度是污水處理進(jìn)程的主要影響因素，是考核污水處理是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)。溶解氧的含量是由鼓風(fēng)機(jī)曝氣控制的，如果曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易發(fā)生污泥膨脹而且浪費(fèi)能源；曝氣時(shí)間過(guò)短，則出水難以達(dá)標(biāo)。DO的模糊PID控制結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 模糊PID控制結(jié)構(gòu)圖Fig.5 The structure of fuzzy－PID control

設(shè)計(jì)了一個(gè)雙輸入單輸出的模糊控制器而且引入了PID，輸入變量分別為DO的偏差E和DO偏差變化EC，輸出變量為鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量。其控制原理是：控制系統(tǒng)的設(shè)定值與輸出值之間存在誤差e（t），e（t）是時(shí)間的系數(shù)。因此求得誤差變化率de（t）／dt，把e（t）和de（t）／dt模糊化，按照由人的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的語(yǔ)言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，給出模糊化，再將其轉(zhuǎn)化為精確量，經(jīng)過(guò)PID控制器，對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，從而實(shí)現(xiàn)溶解氧的控制。

6.1 模糊化

在模糊控制器設(shè)計(jì)中，可以取7種模糊量，即“NB＝Negative Big（負(fù)大）”，“NM ＝Negative Medium （負(fù) 中）”，“NS＝Negative Small（負(fù)小）”，“ZO＝Zero（零）”，“PS＝Positive Small（正小）”，“PM＝Positive Medium （正中）”，“PB＝Positive Big（正大）”，可以得到偏差E、偏差變化EC、輸出變量U的模糊子集：E和U的模糊集均為［NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB］，并且論域?yàn)椋郏?，－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4，5］，EC＝［NB，NS，ZO，PS，PB］，其論域是［－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4］。

6.2 模糊推理規(guī)則

以DO為被控量的模糊控制系統(tǒng)是典型的雙輸入單輸出系統(tǒng)，其模糊控制規(guī)則形式為：

IF E＝……AND EC＝……THENU：……，共35條模糊控制規(guī)則?？刂埔?guī)則表見(jiàn)表1。

表1 控制規(guī)則表Tab.1 Rule of control

選取上述控制量變化的原則是：當(dāng)DO偏差及偏差變化量為大或較大時(shí)，選擇曝氣量以盡快消除誤差為主；當(dāng)DO偏差及偏差變化量較小，選擇曝氣量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。例如如果“偏差”為“負(fù)大”，且“偏差變化”為“負(fù)大”，則當(dāng)E＝NB時(shí)“曝氣量U”為“正大”，意味著當(dāng)DO的誤差及誤差變化均為負(fù)大時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的DO濃度很低，有進(jìn)一步減低的趨勢(shì)，要盡快提高DO濃度，必須增大曝氣量，所以U取正大，IF E＝NB AND EC＝NBTHEN U＝PB。

6.3 模糊決策表

通過(guò)求解模糊關(guān)系矩陣來(lái)建立控制表是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，計(jì)算量龐大，在此利用Matlab中的模糊工具箱來(lái)完成這一過(guò)程，將所得結(jié)果四舍五入，就可以得到控制決策表，如表2所示。

表2 控制決策表Tab.2 Decision of control

考慮到給水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，模糊控制器就能很方便地從該控制表中查詢所需要采取的控制策略，從而實(shí)現(xiàn)模糊控制；也可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)表中的單元數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭?dòng)，從而提高控制性能。同時(shí)結(jié)合PID，這種模糊PID控制器不僅可消除極限環(huán)振蕩，而且可完全消除系統(tǒng)余差，使系統(tǒng)成為無(wú)差模糊控制系統(tǒng)（e→0），從而提高系統(tǒng)的控制精度。

7 結(jié)論

本文介紹了OPC技術(shù)開(kāi)發(fā)的城市污水處理集散控制系統(tǒng)和將模糊PID控制應(yīng)用于溶解氧的控制中，實(shí)現(xiàn)了污水處理的實(shí)時(shí)優(yōu)化，并降低能耗。實(shí)現(xiàn)了組態(tài)王和兩種不同品牌PLC之間的通信以及污水處理設(shè)備和參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)掌握了污水水質(zhì)變化趨勢(shì)。因此保證了通訊網(wǎng)絡(luò)良好的兼容性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了通訊的高速，并為生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步改進(jìn)提供方便。同時(shí)，模糊PID控制的引入改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性，提高了污水處理控制系統(tǒng)的開(kāi)放性和運(yùn)行速度，從而降低了控制系統(tǒng)的造價(jià)，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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