污水处理自动监控系统设计与研究

【摘要】：随着人民生活水平的提高和可持续发展战略的需要,污水处理越来越受到社会的重视。污水处理既可以起到环保作用,又可以实现水的重复利用,节约水资源。为了提高污水处理的质量和效率,同时节省人力、物力,研究并设计出一批满足排放要求、处理效果较好、运行费用较低、国产化程度较高且自动化水平较高的污水处理自动控制系统是十分有必要的。 本文介绍了污水处理的典型工艺流程,并根据工艺流程简要说明城市污水处理的基本方法和原理；分析了国内污水处理自动监控系统构成,并对工厂一体化和管控一体化两种形式的污水处理自控系统进行了比较；分析了作为自动监控系统核心的PLC控制器的选型,并总结出了由预处理系统PLC站、生物处理系统PLC站、污水消毒系统PLC站、污泥脱水PLC站和鼓风曝气系统PLC站以及污水回用相关PLC站组成的“4+1+N”的分布式控制站设置模式；分析了污水处理自控系统网络结构及其通讯协议配置和通信；根据污水处理工艺和控制要求,给出了污水处理厂常用检测仪表的典型布局；总结污水处理厂视频监控系统设计方案,并给出典型的视频监视系统方案。 污水处理各工艺段控制方案的选用直接决定着污水处理的效果。本文对主要污水处理设备设施的控制方案进行了分析和总结,包括机械格栅采用的“时间周期控制”和“液位差控制”相结合的方式、进水井提升泵“液位分程控制”的方式、沉砂池“时间周期控制”的方式、多个初沉池“时间周期”协同间歇排泥的控制方式、曝气控制经典PID法和模糊PID参数自整定策略、二沉池“泥位分程控制”等。 同时以郓城第二污水处理厂为例,具体说明污水处理自动监控系统的设计与应用。给出了各PLC控制站、仪表系统、通信网络、视频监视系统和中控室的硬件设备选型；并介绍了PLC程序模块化设计以及上位监控界面的开发。 【关键词】：污水处理 污水监控 以太环网 模糊PID控制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 目录4-7
• TABLE OF CONTENTS7-10
• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 符号说明13-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 背景14-15
• 1.2 污水处理现状15-16
• 1.3 污水处理自控系统现状16-17
• 1.4 课题目的和意义17-18
• 1.5 研究内容18-19
• 1.6 章节安排19-20
• 第二章 污水处理工艺流程20-24
• 2.1 污水处理指标20-22
• 2.2 城市污水处理基本方法和原理22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 污水处理自控系统典型设计24-42
• 3.1 设计原则24
• 3.2 两种系统结构24-27
• 3.2.1 结构形式一24-25
• 3.2.2 结构形式二25-26
• 3.2.3 系统结构分析26-27
• 3.3 分布式PLC站设置27-29
• 3.3.1 PLC选型27-28
• 3.3.2 "4+1+N"设置模式28-29
• 3.4 通讯系统29-34
• 3.4.1 工业控制网络概述29-30
• 3.4.2 工业级光纤以太环网概述30-31
• 3.4.3 污水处理自控系统网络结构31-33
• 3.4.4 污水处理自控系统三层网络通信33-34
• 3.5 仪表系统34-37
• 3.5.1 仪表选型原则34-35
• 3.5.2 系统主要仪表布局35-36
• 3.5.3 重要参数测量36-37
• 3.6 视频监视系统37-41
• 3.6.1 工程概况37
• 3.6.2 系统设计方案37-41
• 3.7 中央监控室41
• 3.8 本章小结41-42
• 第四章 主要设备设施控制策略42-71
• 4.1 机械格栅控制策略42-44
• 4.2 进水泵房控制策略44-47
• 4.2.1 提升泵控制原则44
• 4.2.2 配置变频调速器泵组自动控制方案44-45
• 4.2.3 没有配置变频调速器泵组自动控制方案45-46
• 4.2.4 提升泵故障检测以及保护46-47
• 4.3 沉砂池控制策略47-52
• 4.4 初沉池排泥控制策略52-55
• 4.4.1 初沉池排泥系统控制策略53-54
• 4.4.2 初沉池排泥系统保护策略54-55
• 4.5 曝气控制策略55-69
• 4.5.1 曝气控制系统分类56-57
• 4.5.2 控制参数的确定57-58
• 4.5.3 曝气系统开环控制方案58
• 4.5.4 经典PID法控制方案58-60
• 4.5.5 模糊PID参数自整定控制方案60-61
• 4.5.6 模糊PID控制器的设计步骤61-62
• 4.5.7 模糊PID控制器设计62-67
• 4.5.8 PID算法及模糊PID算法的MATLAB仿真比较67-69
• 4.6 二沉池排泥控制策略69-70
• 4.7 本章小结70-71
• 第五章 郓城第二污水处理厂应用实例71-85
• 5.1 系统工艺简介71-72
• 5.1.1 多级A/O工艺71-72
• 5.1.2 系统工艺流程72
• 5.2 系统结构图72-73
• 5.3 系统主要仪表73-74
• 5.4 分布式PLC站设计74-77
• 5.4.1 PLC1站设计74-75
• 5.4.2 PLC1远程子站设计75-76
• 5.4.3 PLC2站设计76
• 5.4.4 其他PLC站设计76-77
• 5.5 数据通讯系统77
• 5.6 中央监控室77-78
• 5.7 系统软件设计78-83
• 5.7.1 PLC监控程序编制78-82
• 5.7.2 上位机监控画面设计82-83
• 5.8 视频监视系统设计方案83-84
• 5.9 本章小结84-85
• 第六章 总结和展望85-87
• 6.1 总结85-86
• 6.2 展望86-87
• 参考文献87-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间完成工程项目90-91
• 学位论文评阅及答辩情况表91

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