山西煤炭资源丰富,煤炭工业是山西国民经济发展的支柱产业。但是,山西煤炭系统矿井水年排放量约12.8亿立方米,如果不加处理直接排放,将会对生态环境造成难以弥补的损失。
本文作者首先对山西西山地区矿井水进行了采样、分析,明确了西山地区矿井水的水质特征,从而确定该地区矿井水的处理方法及所选用的化学药剂。并运用能量和质量守恒定律推导出矿井水处理化学反应过程的数学模型。
本论文分析了PID控制和模糊控制的优缺点,考虑可以把它们相互结合,扬长避短,具体是采用模糊自整定PID控制。其目的是使控制器能够根据实际情况,调整kp、ki、kd三个参数的模糊自整定PID控制方法。通过查阅大量有关矿井水处理和自动控制方面的文献资料,提出了用模糊PID控制器实现矿井水处理自动投药的单回路控制系统结构和串级回路控制系统结构。
使用MATLAB/SIMULINK软件,首先针对单回路控制系统进行了PID控制、参数模糊自整定PID控制的控制性能仿真研究。仿真结果表明相对于PID控制,参数模糊自整定PID控制可实现调节时间短、超调量显著减小、稳态误差几乎为零等非常理想的指标。但是单回路控制系统只能对一个被控制量进行控制,其控制结构简,只能在特定的工艺条件下保证混凝剂投加量维持在最佳投药量上。因此将沉淀后的水浊度值引入单回路控制系统中,形成串级控制系统。用MATLAB/SIMULINK软件,进行串级PID控制、串级模糊自整定PID控制的控制性能仿真,结果表明对于复杂的控制过程,串级模糊自整定PID可以实现调节时间短,超调小、调节迅速,给定值抵抗一次扰动的能力强,使系统具有优良的控制精度和稳定性,从而改善了整个系统的动态品质。
设计了以MSP430 F1611单片机为控制核心,选用YK-YL-CN型号的浊度传感器,采用16位高精度逐次比较式的A/D转换芯片ADS1110,由按键、LCD液晶显示器及报警单元等组成人机联系电路。在进行硬件设计的同时,也设计了相应软件程序流程图。
