桂阳县污水处理厂自动化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,又实现了水的重复利用,节约水资源。为了提高污水处理的效率和质量,同时节省大量的人力和物力,设计一套自动化监控系统是十分必要的。 本文以桂阳县污水处理厂为背景,介绍了该厂的卡鲁塞尔2000氧化沟的工艺流程、工艺特点及各项技术指标。根据现场实际设备及控制对象特点进行了控制系统的选型与设计,构成了由现场控制级和过程控制级组成两级计算机集散控制系统,使生产过程中的信息能集中管理、分散控制,提高了系统可靠性。利用西门子S7-300、S7-200系列PLC产品作为数据采集及控制单元,采用Microsoft公司Visual C# 2008开发工具开发上位软件,上位机通过PROFIBUS现场总线和各个控制单元通信。上位机和控制单位配合各种检测仪表和控制设备对污水的液位、流量、pH值及溶解氧浓度等控制量进行数据采集与监视、数据的分析与处理。本文以工艺流程为线索对整个控制系统的结构、硬件配置、监控软件、视频监视系统的功能作了具体的说明,并单独介绍了污水处理厂的视频监视系统设计的原则和多种通信协议结合的通信网络。 溶解氧(DO)是污水处理过程中表征水质的重要参数,是控制重点,但因为污水成分波动性比较大,所以又是控制难点。在对控制对象作了大量的研究后,结合其它污水处理厂DO的控制经验,采用将模糊控制和PID控制相结合的模糊PID控制算法,控制曝气机曝气过程,使DO的含量控制在一定的范围之内。 本系统已在桂阳县污水处理厂投入运行,运行效果良好,达到了预期的控制目的,具有很好的经济和社会意义。 【关键词】：污水处理 PROFIBUS 溶解氧 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】：2010
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 符号说明14-15
• 第1章 绪论15-18
• 1.1 污水处理国内外发展现状15-16
• 1.2 课题的意义及背景16-17
• 1.3 课题的研究内容17-18
• 第2章 工艺流程介绍18-23
• 2.1 污水处理指标18-19
• 2.2 污水处理的基本工艺方法19-20
• 2.2.1 现代污水处理技术19
• 2.2.2 污水处理工艺选择的原则19-20
• 2.3 本系统的工艺介绍20-22
• 2.3.1 氧化沟工艺简介20-21
• 2.3.2 本系统工艺流程21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 系统总体设计23-28
• 3.1 系统设计原则23
• 3.2 污水处理自控系统的难点23-24
• 3.3 设计思想24
• 3.4 系统构成24-26
• 3.4.1 系统结构图24-26
• 3.4.2 各单元功能描述26
• 3.5 本章小结26-28
• 第4章 控制系统硬件和软件设计28-51
• 4.1 仪表系统28-29
• 4.1.1 仪表选型原则28
• 4.1.2 本系统主要仪表28-29
• 4.2 PLC1站设计29-37
• 4.2.1 粗格栅29-30
• 4.2.2 提升泵房30-32
• 4.2.3 细格栅32
• 4.2.4 曝气沉砂池32-33
• 4.2.5 二沉池33-34
• 4.2.6 污泥回流泵房34
• 4.2.7 路灯34
• 4.2.8 控制柜设计34-37
• 4.3 PLC2站设计37-38
• 4.3.1 氧化沟37-38
• 4.3.2 控制柜设计38
• 4.4 其他PLC站设计38-39
• 4.5 抗干扰措施39-40
• 4.6 中央监控室40-41
• 4.7 数据通讯系统41
• 4.8 编程软件介绍41-44
• 4.9 桂阳污水项目PLC软件编制44-47
• 4.10 上位机软件47-48
• 4.11 OPC技术在本系统中的应用48-50
• 4.11.1 OPC技术概述48-49
• 4.11.2 OPC技术在本系统中的应用49-50
• 4.12 本章小结50-51
• 第5章 视频监视系统51-54
• 5.1 工程概况51
• 5.2 设计原则51
• 5.3 系统设计方案51-53
• 5.3.1 监视区域51-52
• 5.3.2 设备的选择52-53
• 5.3.3 系统构成及系统功能53
• 5.4 本章小结53-54
• 第6章 曝气控制策略研究54-79
• 6.1 曝气系统54-56
• 6.1.1 曝气系统介绍54
• 6.1.2 变频调速装置54-56
• 6.2 模糊控制理论基础56-60
• 6.2.1 模糊控制的基本原理56
• 6.2.2 模糊控制器的工作原理56-57
• 6.2.3 模糊控制器的设计方法57-59
• 6.2.4 模糊控制的特点59-60
• 6.3 模糊PID控制器的设计60-68
• 6.3.1 溶解氧的测量60-61
• 6.3.2 氧化沟法污水处理的模糊PID控制方法61-62
• 6.3.3 系统控制对象分析62
• 6.3.4 模糊自适应PID控制器设计62-63
• 6.3.5 模糊PID控制器的设计步骤63-64
• 6.3.6 本系统模糊PID控制器设计64-68
• 6.4 MATLAB的Simulink仿真比较68-76
• 6.4.1 MATLAB和Simulink介绍68-70
• 6.4.2 模糊控制器的设计70-73
• 6.4.3 两种控制算法的仿真对比研究73-74
• 6.4.4 两种控制算法抗干扰能力的对比研究74-76
• 6.5 模糊PID算法的实现76-78
• 6.6 本章小结78-79
• 第7章 总结与展望79-81
• 7.1 总结79
• 7.2 对未来研究的展望79-81
• 参考文献81-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文85-86
• 学位论文评阅及答辩情况表86

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