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pH值控制系统

污水回用处理的整个过程是复杂而又相当系统的一项工作，在这过程之中有

液位、流量、压力等模拟参量需要控制，而且各种设备的工作任务非常多，整个

处理过程具有随机性和时变性。同时污水处理系统种对污水水质的处理要求越来

越高，因此污水处理系统对控制要求越来越高。

标签：pH值；分析；控制；污水

pH值是控制污水回用、排放的一个重要指标，在污水处理中对pH值进行

有效的控制具有重要意义。pH值是污水中最难控制的一个对象，主要是由于污

水处理中的酸碱中和过程呈现严重非线性、滞后性以及不确定性。

目前对于模拟量的处理方法有传统开环控制及闭环控制（即所谓的PID控

制）。开环控制的准确性非常低，所以针对于污水处理中pH值在此项目中采用

PID闭环控制方式进行处理。

1pH中和过程分析

在实际污水处理过程中，pH的中和过程是十分复杂的，一些学者基于物质

守恒和化学平衡定律，提出了在连续搅拌反应釜系统（CSTR）中的pH中和过

程的动态模型。图1所示是一个典型的CSTR系统模型。

此系统中污水中酸碱的流量就是控制量。pH变送器采集pH值，即污水处

理环节出口的pH值。经数据输入通道进入控制器，执行系统计算出相应的控制

量数据，然后反馈给酸碱计量阀进行相应操作。系统有两条控制量输出通道，如

果污水呈酸性，控制器就会控制碱计量泵，向反应器中加入适当的碱溶液，直到

溶液pH值满足要求为止；如果污水呈碱性，控制器就会控制酸计量泵，向反应

器中加入适当的酸溶液，直到溶液pH值满足要求为止。同时，系统采集的pH

值会传送至监控中心，监控中心可以随时查看反应器内pH值。

CSTR控制系统机理模型是建立在溶液完全混合，且处处等温的条件基础之

上。在实际应用当中，溶液所含成分以及反应器装置不同，都会导致实际pH中

和过程呈现出复杂多变的特性。

在污水处理过程中，除已知特点污水来源类型外，污水的酸碱性在未知的情

况下可能时而酸性时而碱性，具有波动性，因此针对这种情况需要酸性试剂和碱

性试剂两种。此外出口污水的流量变化，对于系统的控制会造成很大的干扰，若

污水出口流量过大，难以准确控制出水pH值；加入试剂多少，难以精确控制；

由于污水中所含的酸碱的成分是比较复杂的，导致对象的反应曲线很难确定，尤

其是在pH值为7附近时强酸、强碱或弱酸、弱碱共存时，更难以确定其中和过

程的模型；另外，在实际测量、传输和控制过程中的延时、干扰、不精确等误差，

都会影响系统控制的实际效果。

2PID控制系统组成

如图2所示是最典型的PLC模拟量控制系统的框图，其中，虚线部分采用

PID控制器用来实现模拟量处理。

在此PID系统框图中，被控量C（t）是连续变化的模拟量，通常PLC能够

直接处理的是数字量，在实际应用当中执行机构往往要求PLC输出相应的模拟

量M（t）。因此在实际控制当中，被控模拟量先通过传感器和变换器转换为标准

量程的直流电流、电压信号，利用PLC的模拟量输入模块将模拟量转换成对应

的数字量，然后经过PLC计算处理。通过模拟量输出模块再将数字量变换成模

拟量，输出到驱动电路，得到了能够控制执行机构的模拟量。

PID闭环控制系统的原理是负反馈，经过负反馈的控制让反馈量等于或者接

近给定值。

由于在实际应用中，系统难免会有信号的扰动，造成系统的不稳定，采用闭

环控制系统能够让模拟量被控量无限接近给定值，提高系统稳定性，抑制系统中

的各种干扰因素。

3PID控制器原理

PID控制实际是一种调节方法，现在被广泛的应用着。PID指的是比例、积

分、微分控制。这种技术已经有多年的应用经验，已经非常成熟。是工业控制中

的一项重要技术，最重要的特点是可靠、容易调节。由于本系统当中没有被控量

的精确数学模型，很多时候一些参数就只能依靠经验及现场的调试来确定。在

PID控制技术中，对被调节量不完全了解，系统的一些参数也没办法通过测量来

获得，PID技术就变的非常有效了。

被控对象在不同的情况下，PID控制器可以衍生出不同的改进型控制方式，

例如PI、PD、带死区的PID、被控量微分PID、积分分离PID和变速积分PID

等。由于近年来科技不断发展，智能控制技术也已经有非常高的应用率，利用神

经网络与PID