【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ 3）把控制律作用于系統(tǒng)得到新的輸出 ， 于是得到了一組新的數(shù)據(jù) , )}(),2({ kuky ? 。 在這組新數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上重復(fù) （ 1），（ 2），（ 3）。即可又得出新的數(shù)據(jù))}1(),2({ ?? kuky ,如此繼續(xù)下去。可以證明 ，只要系統(tǒng) S滿足一定的條件，在這種手續(xù)的作用下系統(tǒng) S的輸出 )(ky 將逐漸地逼近 y 。 把控制 律 稍加改寫(xiě)就可得出無(wú)模型控制律的基本形式： )||(||/()]([)()1()( 201 kakyykkuku k ??? ?????? （ 3） 在控制律（ 3）中 ， 控制參數(shù) a是一個(gè)小正 常數(shù) 。它的存在避免了分母為 0 , 1)(k? 是特征參量 )(k? 的估值， A而且是非負(fù)的參數(shù)。 ②用功能組合途徑設(shè)計(jì)出無(wú)模型控制律的一般形式 無(wú)模型控制律的一般形式是： )(ku = )1( ?ku +1?k?1)(k? [ ))(( 0 kyy ? + (Dnk 1kY ??,mkkU ??1,? ,k ) ]/ 2||)(|| ka ?? ) 其中 (....)D 部分是一個(gè)適當(dāng)?shù)暮瘮?shù) ,它表示控制律的功能組合 ,而 nk 1kY ?? = { )(,...,1( nkyky ?? mU ??1 = )(),...,1( mkuku ?? 。 其中 ,A 和θ是無(wú) 模型控制器的組態(tài)參數(shù)。構(gòu)成途徑是： 10 （ 1） 以被控對(duì)象對(duì)控制方法的功能要求為導(dǎo)向 ,把一切可能的這種功能尋求出來(lái) ,并盡可能的分解成最單一 的功能稱為原功能或功能元。 （ 2） 把可能用算法表示的原功能用算法表示 ， 實(shí)踐證明 ， 絕大多數(shù)的功能元 ,都能用算法表示 ， 例如離散時(shí)間。調(diào)節(jié)器的遞推形式就包含了三個(gè)功能元。 （ 3） 所有功能 單 元構(gòu)成的集合記作 E，并稱其為功能空間。 ),( 11 kUYD mkknkk ????? 就是定義在上 E的適當(dāng)?shù)暮瘮?shù) ,? 是該函數(shù)所含的參數(shù)向量。 從理論上可以證明無(wú)模型控制律的基本形式在滿足不太苛刻的條件下具有很好的收斂性質(zhì)。由基本控制方法和組合控制方法組成無(wú)模型控制方法。依據(jù)無(wú)模型控制理論 方法研發(fā)設(shè)計(jì)出了四類無(wú)模型控制方法 ,這四類無(wú)模型控制方法基本上覆蓋了過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種難控現(xiàn)象 ， 使得相應(yīng)的問(wèn)題迎刃而解 ,它們是、大時(shí)滯、強(qiáng)干擾系統(tǒng)的無(wú)模型控制方法、強(qiáng)耦 合系統(tǒng)的無(wú)模型控制方法高階非線性大時(shí)滯系統(tǒng)的無(wú)模型控制方法、時(shí)變系統(tǒng)強(qiáng)制穩(wěn)定的無(wú)模型控制方法。 11 第 2 章 污水處理工藝流程 序批式活性污泥法（ SBR）工藝簡(jiǎn)介 SBR 國(guó)內(nèi)外發(fā)展及應(yīng)用概況 （ SBR）工藝的發(fā)展 序批式活性污泥法（ Sequencing Batch Reactor,縮寫(xiě) 為 SBR）以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在世界各地得到發(fā)展。人們對(duì)它的研究逐漸增多，在 20世紀(jì) 80年代，國(guó)外對(duì)其研究進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)階段。 20世紀(jì) 80年代末我國(guó)的一些科研單位及大專院校也對(duì)其展開(kāi)了研究，并在實(shí)際工程中開(kāi)始應(yīng)用。 最初的活性污泥工藝采用間歇式，稱之為 Fillanddraw（充排式）系統(tǒng)。 1893年 Wardle處理生活污水所采用的就是這種充排式工藝。 1914年， Arden和 Lackett首次提出活性污泥法這一概念時(shí)，采用的也是這種系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)，他們使用容積為2L、 3L的燒瓶進(jìn)行試驗(yàn)研究，將原本與微生物 絮體混合，然后進(jìn)行曝氣，停止曝氣后混合液開(kāi)始沉淀，最后排除上清液留下的污泥再開(kāi)始新的處理過(guò)程。第一座生產(chǎn)規(guī)模的活性污泥法污水處理廠采用的依然是充排式的運(yùn)行方式，并且證明可以達(dá)到很好的處理效果。 隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì) SBR的生化動(dòng)力學(xué)及其在工藝上的優(yōu)越性有了更深的了解。 20實(shí)際 50年代初，美國(guó) Hoover及其同事對(duì) SBR法處理制酪工業(yè)廢水進(jìn)行了探索。 20世紀(jì) 70年代，美國(guó)印第安納州大學(xué)的 Irvine教授對(duì) SBR和連續(xù)流活性污泥處理工藝作了系統(tǒng)的比較研究后，美國(guó)、澳大利亞、日本、原聯(lián)邦德國(guó)等許多國(guó)家和地區(qū)都展開(kāi)了 對(duì) SBR法的研究和應(yīng)用工作，使 SBR法在世界范圍得到了越來(lái)越深入的研究和越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 12 SBR工藝的發(fā)展 我國(guó)于 20世紀(jì) 80年代中期開(kāi)始對(duì) SBR進(jìn)行系統(tǒng)研究與應(yīng)用。 1985年虞壽樞等為上海市吳淞肉聯(lián)廠設(shè)計(jì)并投產(chǎn)了我國(guó)第一座 SBR廢水處理設(shè)施；劉永松等人也展開(kāi)了對(duì) SBR特性的研究；在 SBR的控制技術(shù)方面，哈爾濱建筑大學(xué)的彭永臻等人對(duì) SBR反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算機(jī)控制參數(shù)進(jìn)行了研究；天津華北市政工程設(shè)計(jì)研究院在 SBR的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了一種稱為 DATIAT的新型 SBR工藝。隨著 SBR在國(guó)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi) SBR專用設(shè)備的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，開(kāi)發(fā)出了一系列的設(shè)備。國(guó)家環(huán)?？偩诌€把 SBR專用設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化和系列化列為 “ 八五 ” 和 “ 九五 ” 科技攻關(guān)項(xiàng)目。目前， SBR工藝在我國(guó)工業(yè)廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，已經(jīng)建立了SBR工藝處理的污水包括：屠宰廢水、苯胺廢水、含酚廢水、啤酒廢水、化工廢水、淀粉廢水等。北京、上海、廣州、無(wú)錫、揚(yáng)州、山西、福州、昆明等地已有多座 SBR處理設(shè)施投入運(yùn)行。可以看出， SBR是一種高效、經(jīng)濟(jì)、管理簡(jiǎn)便，適用于中、小水量污水處理的工藝，具有廣闊的前景。 SBR 的工作原理 活性污泥法利用微生物 去除有機(jī)物。首先需要微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水以及微生物菌體，反應(yīng)后需要將微生物保存下來(lái)，在適當(dāng)時(shí)間通過(guò)排除剩余污泥從系統(tǒng)中除去新增的微生物。連續(xù)流程工藝是從空間上進(jìn)行這一過(guò)程的，污水首先進(jìn)入反應(yīng)池對(duì)混合液進(jìn)行沉淀，與微生物分離后的上清液外排。而 SBR則是通過(guò)在時(shí)間上交替實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，它在流程上只設(shè)一個(gè)池子，將曝氣池和二沉池的功能集中在該池子上，兼行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、微生物降解有機(jī)物和固液分離等功能。 13 在 SBR的運(yùn)行中，每個(gè)周期循環(huán)過(guò)程即進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排放和待機(jī)都是可進(jìn)行控制的。每個(gè)過(guò)程與特定的反應(yīng)條 件相聯(lián)系（混合 /靜止，好氧 /厭氧），這些反應(yīng)條件促進(jìn)污水物理和化學(xué)特性有選擇的改變，這些改變使出水得到了完全的處理。 SBR 污水處理工藝 SBR 污水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)，采用優(yōu)勢(shì)菌對(duì)城市生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后的中水可以用來(lái)澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。 SBR 污水處理系統(tǒng)方案力求達(dá)到設(shè)備體積小，性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。廢水處理過(guò)程中環(huán)境溫度對(duì)菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對(duì)處理效果的影響。同時(shí)， SBR 廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計(jì)選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進(jìn)的無(wú)模型控制技術(shù)可以提高 SBR 污水處理的效率，方便操作和使用。 SBR 污水處理系統(tǒng)分別由污水處理池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門(mén)和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開(kāi)關(guān)，用以檢測(cè)水池與水箱中的水位。 污水處理的第一階段：當(dāng)污水池中的水位處于低水位或無(wú)水狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)開(kāi)起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時(shí)，電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。 污水處理的第二階段：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可使污水脫色、除臭、平衡菌群的 pH 值并對(duì)污染物進(jìn)行高效除污，即 好 氧 處理過(guò)程。整個(gè)好氧 14 （曝氣）時(shí)間一般需要 6～ 8h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當(dāng)電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉后，排空電磁閥開(kāi)起，羅茨風(fēng)機(jī)延時(shí)空載起動(dòng)，然后排空電磁閥延時(shí)關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無(wú)負(fù)荷條件下起動(dòng)和停止，能起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的作用。經(jīng)過(guò) 的水質(zhì)沉淀，下達(dá)起動(dòng) 1清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池中的水位升至正常高水位時(shí)， 1清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行。這時(shí) 2清水泵自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水， 當(dāng)水箱中達(dá)到正常高水位時(shí)， 2清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行，這時(shí)中水箱內(nèi)的水全部完成處理過(guò)程。 如上所示，當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時(shí)， 2清水泵又自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至低水位時(shí)，電動(dòng)閥門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)繼續(xù)向污水池納入污水。如此循環(huán)往復(fù)。 圖 污水處理系統(tǒng)示意圖 15 SBR 污水處理技術(shù)針對(duì)污水水質(zhì)不同選用生物菌群不同，工藝要求有所不同，電氣控制系統(tǒng)應(yīng)有參數(shù)可修正功能，以滿足污水處理的要求。 16 第 3 章 污水處理電氣控制部分 污水處理 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 （ 1）控制裝置選用無(wú)模型控制器作為系統(tǒng)的控制核心。 （ 2）可執(zhí)行手動(dòng)自動(dòng)兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時(shí)整定參數(shù)。 （ 3）為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，如電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。 控制系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備 SBR 污水處理系統(tǒng)中所使用的動(dòng)力設(shè)備（水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥），均采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)和電磁閥（ AC220V選配）選配防水防潮型。 1清水泵：立式離心泵 LS5010A，揚(yáng)程 10m，流量 29 hm3 ， 1kW。 2清水泵：立式離心泵 ，揚(yáng)程 30m，流量 16 hm3 ， 3kW。 曝氣羅茨風(fēng)機(jī)： TSA40， 3m /min， 。 電動(dòng)閥：閥體 D97A1X510ZB125mm，電動(dòng)裝置 LQ201， AC380V， 60W。 污水處理電氣控制總體方案說(shuō)明 （ 1） SBR 污水處理系統(tǒng)控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)均由交流接觸器完成起、?？刂疲妱?dòng)閥電動(dòng)機(jī)要采用正、反轉(zhuǎn)控制。 （ 2）污水池、清水池、中水水箱 水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)，在選型時(shí)考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。 （ 3）電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部設(shè)有過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)，為常閉觸點(diǎn)，作為電 17 動(dòng)閥過(guò)載保護(hù)信號(hào)，無(wú)模型控制器控制電路考慮該信號(hào)邏輯關(guān)系。 （ 4） 1清水泵、 2清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，其熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)通過(guò)中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為無(wú)模型控制器的輸入信號(hào)，用以完成各個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)。 （ 5）羅茨風(fēng)機(jī)的控制要求在無(wú)負(fù)載條件下起動(dòng)或停機(jī)，需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。 （ 6）主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以 及無(wú)模型控制器控制回路采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。 （ 7）電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)?？刂泼姘迮c電控箱內(nèi)的電器板用 BVR 型銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。 污水處理電氣控制原理圖設(shè)計(jì) SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖 。 ①主回路中交流接觸器 KM KM KM3 分別控制 1清水泵 M 2清水泵 M曝氣風(fēng)機(jī) M3；交流接觸器 KM KM5 控制電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī) M4，通過(guò)正、反轉(zhuǎn)完成開(kāi)起閥門(mén)和關(guān)閉閥門(mén)的功能。 ②電動(dòng)機(jī) M M M M4 由熱繼電器 FR FR FR FR4 實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī) M4 控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開(kāi)關(guān)，對(duì)閥門(mén)電動(dòng)機(jī) M4 實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。 ③ QF 為電源總開(kāi)關(guān)，既可以完成主電路的短路保護(hù)，又起到分段三相交流電源的作用，使用和維修方便。 ④熔斷器 FU FU FU FU4 分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。 FU FU6 18 分別完成交流控制回路和無(wú)模型控制器控制回路的短路保護(hù)。 圖 污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路圖 污水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖 。 ①控制電路有電源指示 HL1。無(wú)模型控制器供電回路采用隔離變壓器 TC，以防止電源干擾。 ②隔離變壓器 TC的選用根據(jù)無(wú)模型控制器耗電量配置，可以配置標(biāo)準(zhǔn)型、電壓比 1： 容量 100VA 隔離變壓器。 ③ 1清水泵 M 2清水泵 M曝氣風(fēng)機(jī) M3 分別有運(yùn)行指示燈 HL HL HL4，由 KM