DSP在污水处理溶解氧控制方面的应用 4页

第卷第期电子设计工程年月雇污水处理溶所氧搜刎方面的应用李军生欧卫斌李为民宝鸡文理学院电气系陕西宝鸡摘要!针对连续循环曝气系统污水处理中溶解氧浓度控制存在的实时性差溶解氧浓度波动范围偏大运行费用较高等问题建立溶解氧环速度环和电流环组成三闭环的系统模式达到对溶解氧的稳定控制以作为主控芯片通过对风机施以的矢量变频调速控制以控制风机的鼓风量同时对溶解氧施以预估补偿控制消除对溶解氧控制的滞后提高系统的鲁棒性在不同阶段溶解氧参数稳定效果好出水水质指标明显提高系统具有良好的动态性能系统硬件电路简单经济性价比高有较高的实用价值关键词!连续循环曝气系统溶解氧预估器磁场定向控制矢量变频调速中图分类号!!文献标识码!文章编号!"!!!!!!当前随着水资源的不断减少水质污染日益严重人类反应池存在纯滞后特征易使系统控制产生振荡致使生存受到严重威胁污水处理与再循环利用已成为解决该危反应池内溶解氧浓度忽高忽低严重影响了出水的质量机的有效手段之一目前国内外城市污水处理厂处理工艺采用型作为主控芯片充分利用它所大都采用一级处理和二级处理一级处理是采用物理方法具有的实时运算能力丰富电机控制外围电路和接口资源主要通过格栅拦截沉淀等手段去除废水中大块悬浮物和砂对罗茨风机电机实行转子磁场定向矢量的变频控制使电机粒等物质二级处理则是采用生化方法主要通过微生物的能根据溶解氧的需要工作于不同的转速确保溶解氧生命运动等手段来去除废水中的悬浮性溶解性有机物以及的浓度恒定同时在系统中引入预估控制从而保证出氮磷等营养盐连续循环曝气系统!水水质的要求工艺它是现阶段在污水处理工艺中一种污水处理中溶解氧的控制原理较先进的处理工艺是一种连续进水式曝气系统其生物处理核心是反应池除磷脱氮降解有机物及悬浮物污水处理中溶解氧的大小是由鼓风机的鼓风量的大等功能均在该池内完成它要求反应池分别工作于好氧缺小决定的而鼓风量的大小与风机叶片旋转的快慢有关这氧厌氧种不同的时段使污水在好氧缺氧的反复中完样就可以根据反应池中的溶解氧的需要控制风机的转速成去碳脱氮并在好氧厌氧的反复中完成除磷由于其通过建立溶解氧环速度环和电流环组成三闭环的系统模曝气设备一般为罗茨风机和鼓风机这样也就使风机根据好式实现对溶解氧的恒定控制氧缺氧厌氧种不同时段溶解氧浓度的需要起起停停速度环和电流环作为内环主要用于对风机电机的转速造成风机频繁的起动停车致使设备运行费用高同时由于和电流进行控制以适应溶解氧环的需要风机电机一般收稿日期!#$$稿件编号!基金项目!宝鸡文理学院重点项目宝鸡文理学院项目作者简介李军生男陕西宝鸡人副教授研究方向电力电子及传动智能控制%"\n!电子设计工程"!"#采用三相交流异步电动机在此采用转子磁链定向的矢量变制转矩的电流分量电流分量给定信号与经过坐标变换的频控制其控制原理如图所示电机实际电流分量比较通过电流调节器的运算其输出量经逆变换得到"#空间模块根据这个信号计算的占空比生成波驱动逆变器产生可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子驱动电机以一定的转速运行对污水进行鼓风加氧调节溶解氧的大小从而达到控制反应池内溶解氧大小的目的控制出水水质"#$!系统的硬件电路与劝能该系统主要由主电路控制电路检测反馈与保护电图三相交流异步电动机控制结构框图路来组成其系统组成的原理框图如图所示主电路由整!流器逆变器电机组成采用三菱公司智能功率模块其内部有高速低损耗共只组成三相全只要保持与轴垂直电机的转矩方程为桥逆变电路并且内部集成有驱动电路过电压过电流过!!!热及欠电压等故障保护电路当故障时发出信号通过式中为转子磁极对数!为转子磁场在定子上的耦合磁的外部中断封锁输出脉冲从链为定子电流矢量"在轴的分量通过控制来控而保护免受损坏为避免电机制动时产生过高的泵生电制转矩实现对电机转速的变频控制压设有能耗制动时的能量泄放控制溶解氧环作为外环主要完成对反应池内的溶解氧的大小进行无静差控制由于反应池属于大滞后惯性环节为提高系统的动态性能为此引入改进的预估控制环节其原理图如图所示图改进的预估控制器简化框图图中为主控制器的传递函数为辅助控制图系统的硬件电路框图器的传递函数为控制对象不含滞后环节的传递函数从图中可以看出它是在经典的预估器的基础上经控制电路主要由上位机输入输出接口等效变换后获得的改进后的预估控制器可以等效为电路等组成采用高性能的静态技术主先通过预估器将原有的控制对象经控制器的反馈修频达时钟周期提高了系统实时控制的能正后再用控制器对等效对象进行控制由于等效对象中力片内!位的!位!位的增加了一个开环零点使得系统的截止频率增大从而可在!位一次可编成的存储器位转换器由控制器进行控制时得到较快的响应同时控制器可达个输出通道达个使控制系统的价格大大降低使等效对象的闭环极点分布在合适的位置从而得到更好的而且体积缩小可靠性提高控制性能根据转速环的等效传递函数和反应池的惯电机相电流检测是通过电流型霍尔传感器和电阻采样性特征令!后转换为电压信号再经变换为"的电压信号接则预估控制器所需的参数为入的通道引脚系统采用的光电编码器为每周!!!脉冲有针的标准接口提供路脉冲信号脉冲经电路经过以上的考虑及设计就组成了带预估控制器的借频用来计算转子位置和转速反应池内溶解氧三环系统结构系统工作时首先通过氧浓度传感器将转的检测由插入污水中的型溶解氧传感器完成经化为电信号然后经过运放及运放调节电路转换成的型溶氧变送器将其转换为"的电压信号接入电压信号与给定相比较经运算输出速度给定信号的通道引脚用来反映实际的溶解氧大小然后与检测到转子速度的微分信号相比较经运算输出控##\n李军生等在污水处理溶解氧控制方面的应用仿真结果如图所示从仿真曲线可以看出随系统设置给定!系统软件设计的变化在不同阶段系统控制输出信号上升较快调节时间系统软件部分的设计主要由主程序运行控制子程序等较短参数稳定克服了时滞大惯性缓解对系统性能的影响组成如图和图所示主程序完成硬件软件初始化故障实时控制及时稳定效果较好检测及处理通信运行等硬件初始化主要完成的设置如看门狗时钟计时器事件管理等的设置软件初始化主要对软件变量赋予初值通过串口与上位机微机保持通信接收上位机传送的命令更新变量和标志实现实时追踪控制运行控制子程序主要是通过电动机的矢量变频控制实现对反应池内溶解氧大小进行监测和闭环控制图仿真波形#结论该系统通过采用控制芯片组成控制系统完成对风机的矢量变频调速控制节能控制效果好使系统具有良好的动态响应性能和静态性能通过引入的预估补偿控制提高了系统的响应速度和系统的鲁棒性并使图主程序流程图系统具有硬件简单和性价比高等优点参考文献!李永东"交流电机数字控制系统"北京机械工业出版社"贺晓蓉刘述喜陈新岗"基于的异步电机矢量控制系统的仿真"计算机仿真"!!!""山圣峰"由生成空间矢量脉宽调制波"微电机"!""陈大科"基于的定点小波变换程序设计方法"数据采集与处理"!!图运行子程序流程图"郑红隋强强周星"应用系统设计实例"北京北京"实验仿直航空航天大学出版社"应用建立控制系统仿真模型仿真参数设置如下韩安太刘峙飞黄海控制器原理及其在运动控制系电动机参数为R!R!LL统中的应用北京清华大学出版社LNJ负载转矩为宋任杰一种改进的预估控制器控制工程LTTTTK外环采样T计算KK!一般情况下厌氧池的小于缺氧池的小于耗氧池的控制在!之间通过对反陈伯时电力拖动自动控制系统版北京机械工业应池内溶解氧的给定设置并进行仿真出版社#$\nDSP在污水处理溶解氧控制方面的应用作者：李军生，欧卫斌，李为民，LIJun-sheng，OUWei-bin，LIWei-min作者单位：宝鸡文理学院电气系,陕西,宝鸡,721007刊名：电子设计工程英文刊名：ELECTRONICDESIGNENGINEERING年，卷(期)：2010,18(8)参考文献(8条)1.李永东交流电机数字控制系统20022.贺晓蓉;刘述喜;陈新岗基于SVPWM的异步电机矢量控制系统的仿真[期刊论文]-计算机仿真2007(04)3.山圣峰由DSP生成空间矢量脉宽调制波[期刊论文]-微电机2002(05)4.陈大科基于MATLAB的定点DSP小波变换程序设计方法[期刊论文]-数据采集与处理2006(21)5.郑红;隋强强;周星DSP应用系统设计实例20086.韩安太;刘峙飞;黄海DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用20037.宋任杰一种改进的Smith预估控制器2007(05)8.陈伯时电力拖动自动控制系统2007本文读者也读过(10条)1.李军生.LIJunsheng基于DSP控制的CCAS溶解氧控制系统[期刊论文]-新技术新工艺2010(10)2.候加全.赵宏伟.张晓清.冯裕钊自适应神经元--模糊推理系统在污水曝气控制中的应用[期刊论文]-自动化与仪器仪表2004(5)3.宁冬秀.罗健旭污水处理中溶解氧的自适应模糊控制[会议论文]-20084.汤小玲.李宏清.梁新和浅谈奥伯尔氧化沟的溶解氧控制[会议论文]-19995.张仙娥.周孝德.吉灯才.冯民权Bakun水电站叠梁高程对下泄水流溶解氧影响数值模拟[期刊论文]-水力发电学报2004,23(5)6.衷卫声.沈淑鸿.王文海.ZhongWeisheng.ShenShuhong.WangWenhai溶解氧模糊控制器的FPGA设计与实现[期刊论文]-自动化仪表2011,32(6)7.程瑾.ChengJin污水曝气监控模式对脱氮除磷处理能效的影响及实施探讨[期刊论文]-市政技术2008,26(5)8.范程华.朱武.FANCheng-hua.ZHUWu污水生化处理中溶解氧的非线性控制研究[期刊论文]-自动化技术与应用2008,27(2)9.孙晓娜.吕振基于DSP的炼油厂污水处理监控系统设计[期刊论文]-科技创新导报2008(32)10.徐业华.陈金良中原油田污水净化溶解氧控制方法研究[期刊论文]-江汉石油学院学报2001,23(3)引用本文格式：李军生.欧卫斌.李为民.LIJun-sheng.OUWei-bin.LIWei-minDSP在污水处理溶解氧控制方面的应用[期刊论文]-电子设计工程2010(8)