污水处理过程PLC模糊控制器的设计与应用(2)

曝气装置模糊控制器的输入量为曝气池中cod达标值与测量值的误差e及误差变化率ex，输出量为曝气机曝气增量u，其框图如图1所示。控制器定时采样cod值和cod值变化率，并与达标值比较，以此得出cod值误差e及误差变化率ex，并以此作为PLC控制器的输入变量，这样模糊控制器的输出就可控制曝气机阀门的开度了。

4.1 输入模糊化

在模糊控制器设计中，设e的词集为［nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb］，论域为［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］；ex和u的词集为［nb，ns，zo，ps，pb］，论域为［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］；e（k）=cod（k）-cod0，cod（k）=e（k）-e（k-1），其中cod0表示达标值。

先将e，ex和u模糊化，再根据cod值的控制经验可得变量e，ex和u的模糊量化表。由于篇幅所限，变量e，ex和u的赋值表予以省略。

4.2 模糊控制规则

通过总结污水处理过程中cod手动控制经验，得出模糊控制规则，如表2所示。

根据控制规则表，可得到35条模糊控制规则。举例如下：

● 当cod误差和误差变化均为负大时，cod值小于达标值cod0，应减少曝气量，所以u取nb，曝气机全关；即控制规则为if

e=nb and ex=nb then u=nb；

● 当cod误差是负大，误差变化为正大时，曝气机开度不变；即控制规则为if e=nb and ex=pb then u=zo

4.3 输出反模糊化

根据模糊控制规则表取定的每一条模糊条件语句，就可以计算出相应的模糊控制量u，然后依据最大隶属度法得出实际控制量u，经d/a转换后去控制曝气量。

5 模糊控制算法的plc实现

本文采用西门子公司的S7-200型plc作为控制器。污水处理过程模糊控制器的plc实现方法如下：

● 先将模糊化过程的量化因子ke、kex和ku存入plc的保持寄存器中；

●再利用a/d模块将输入量采集到plc的dm数据区，经限幅量化处理后，根据它们所对应的输入模糊论域中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量u，再乘以输出量化因子即可得实际输出量u，由d/a模块输出对阀门开度进行控制。

在程序设计上，模糊控制表的查询是模糊控制算法实现的关键。为简化程序设计，将输入模糊论域的元素由［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］转化为［0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12］，将模糊控制表中u的控制结果按从上到下、从左到右的顺序依次存入dm0100只dm0268中，控制量的基址为100，偏移地址为ex*13+e。图2为实现模糊控制量表查表功能的梯形图。

图2中，dm0002和dm0003分别为e和ex在模糊论域中所对应的元素。语句mov dm0031dm1000是间接寻址指令，它将dm0031的内容作为被传递单元的地址，再将这个地址指定单元的内容（即控制量u），传递给中间单元dm1000，通过解模糊运算得u，最后由模拟输出通道传送给d/a转换器，来控制曝气阀开度大小。

6 结束语

现代工业过程控制中被控对象的多变性、非线性、大滞后性等使得模糊控制的应用得到快速发展，模糊控制器是基于模糊规则的控制器，它的出现为复杂工业过程的控制提供了一种智能化的新方法。本文将模糊控制与plc相结合，实现了污水处理过程cod的模糊控制。应用表明，这种控制方法不仅提高了污水处理系统的可靠性，还节约了能源，是一种较为理想的控制方案。