基于MCGS的污水处理过程控制系统论证设计

赵慧

摘 要：在本次污水处理过程控制系统论证设计中，MCGS组态软件扮演了非常重要的角色，如：构建组态界面动画便于检测等。同时，根据此次设计的控制要求及认真分析后可知，污水处理过程控制最好是建立在串级回路控制系统的方案基础上进行，这就需要我们根据相关要求对串级回路控制系统有进一步了解，并进行基本论证设计。

关键词：污水处理；MCGS组态软件；串级回路控制系统

本文通过研究设计一套基于过程控制的污水处理系统，它是利用RTGK-2型过程控制实验装置，模拟实现工业污水处理过程中对清水池水位的控制，同时兼顾对污水流量的控制，并利用西门子PLC作为控制器，采用PID控制实现清水池水位与污水流量串级系统的设计，以此来论证较为适合污水处理过程控制的设计方案。

1 方案建立

主副控制器均采用PLC控制器实现其控制，可设计出满足主控制器控制清水池水位，副控制器控制污水池流量的污水处理过程系统，如图1-1所示：

针对本次设计可知，控制系统是要满足主控制器控制清水池的液位，和副控制器控制污水池的流量，串级控制系统可以满足主控和副控的执行，且系统中增加了包含二次扰动的副回路，不仅能改善被控过程的动态特性，还能提高系统的工作效率。

2 系统运行与分析

2.1 串级回路控制系统

系统基本运行采用的是PID控制，根据所算出来的液位PID参数，保持流量比例系数K1为500不变，便可以得到整定出来的系统运行图，见图2-1。

串级系统基本运行特性如图2-1所示，最开始的液位初值设定为10cm，当液位测量值上升且平稳后，加一个阶跃，电动阀开度变大，使得流量立即大幅增加，从而使液位也开始增加，2分钟后，系统再次达到稳定，此时，电动阀开度逐渐减小并保持平稳。

2.2 单回路控制系统

为论证串级回路控制系统是较为适合本次设计的系统，特引入单回路控制系统与其作对比。单回路控制系统相比于串级回路控制系统少了一个副回路，在污水处理系统中，就意味着没有了流量控制。因此，在所有PID参数保持不变的情况下，观察并对比单回路系统与串级回路控制系统的稳定状态。

如图2-2可看到，该系统仅是对清水池液位进行监控，系统想要达到初次稳定要经过较漫长的时间。在系统稳定后，给一个5的阶跃，系统约需4分钟才能再次恢复到稳定。而在串级回路系统（如图2-1）中，同样参数条件下给同样的阶跃，仅需2分钟左右的时间系统就能恢复到稳定。

3 结语

由上述分析可知，在污水处理过程控制系统中，在保持PID参数不变的情况下，即使给扰动，串级回路控制系统也能很快地恢复稳定，说明在本污水处理过程控制系统中，串级回路控制系统抗干扰性较好。

综上所述可知，串级回路控制系统是最为符合自动控制系统的特性指标——稳、准、快，所以该系统是最合适污水处理过程控制系统的设计。

参考文献：

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