氧化沟污水处理监控系统应用研究

【摘要】： 传统的污水处理厂的控制多采用常规的仪表控制,以手动控制为主,依靠操作工人的知识和经验。这种方式难以达到国家关于污水处理的排放标准,劳动生产率低,系统信息分散。活性污泥法是目前国内外用来提高水质的一种既经济又简便的污水水处理技术,准确地控制氧化沟中溶解氧(DO)是获得较好处理效果及经济效益的前提。但活性污泥生化反应过程是一个复杂的非线性的生化过程,在实际污水处理过程中,水质水量不断波动,要实现保证氧化沟DO值恒定非常困难。为了提高污水处理厂排放质量,降低污水处理成本,必须应用先进的自动控制设备、技术和先进的控制理论。所以,对污水处理控制过程应用研究意义重大。 本文以山东高密污水处理厂为背景,设计了一套自动控制系统。污水及污泥的处理采用Carossel氧化沟法,自动控制系统结构由可编程逻辑控制器(PLC)+交换机(SWITCH)+工控机(IPC)构成,此结构功能齐全,组态灵活,界面友好,易于扩展,而且技术成熟,性价比高。控制系统软件上位机采用基于Windows XP环境下的组态王6.51开发,下位机(PLC)采用西门子PLC梯形图及语句表设计,结合控制组态软件。本文在分析活性污泥污水处理系统的内在机理基础上,建立了反映溶解氧、活性污泥以及底物之间内在关系的数学模型。考虑到污水处理系统中氧化沟生化反应过程复杂,具有滞后性、非线性和强耦合的特点,传统的PID控制算法难以达到控制的要求,所以在氧化沟溶解氧控制环节中采用基于BP神经网络PID参数控制器,由基于BP神经网络算法在线调整PID参数,使控制系统具有良好的鲁棒性,从而保证稳定的污水处理质量,又降低处理成本。 文章最后,利用MATLAB中的Simulink工具,对基于BP神经网络PID控制系统进行了仿真实验,仿真结果验证了该控制策略的鲁棒性和有效性,具有推广应用的价值。 【关键词】：污水处理 自动控制 PLC BP神经网络PID MATLAB仿真
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 污水处理自动控制系统的国内外发展概况8-9
• 1.2 氧化沟溶解氧控制系统的国内外发展概况9-10
• 1.3 神经网络技术的发展与现状10-12
• 1.4 课题的来源、背景及论文所研究的主要内容12-13
• 第二章 污水处理自动控制系统设计13-29
• 2.1 污水处理的工艺流程13-14
• 2.2 控制系统设计14-17
• 2.2.1 控制系统整体设计14-16
• 2.2.2 控制方式16-17
• 2.3 各控制站的功能17-29
• 2.3.1 中央控制站17-21
• 2.3.2 预处理PLC1控制站21-23
• 2.3.3 生化处理PLC2控制站23-26
• 2.3.4 污泥处理PLC3控制站26-29
• 第三章 活性污泥法污水处理过程的分析与建模29-41
• 3.1 活性污泥法污水处理过程29-32
• 3.1.1 活性污泥法基本工作原理29
• 3.1.2 氧化沟概述29-31
• 3.1.3 氧化沟溶解氧浓度控制31-32
• 3.2 活性污泥法数学模型的概述32-41
• 3.2.1 活性污泥数学模型的发展32-33
• 3.2.2 活性污泥法污水处理反应机理33-35
• 3.2.3 活性污泥法污水处理过程数学模型的建立35-38
• 3.2.4 数学模型分析38-41
• 第四章 氧化沟溶解氧控制算法研究41-58
• 4.1 氧化沟溶解氧控制策略研究41
• 4.2 PID控制简介41-43
• 4.2.1 PID控制的基本原理41-42
• 4.2.2 PID控制的局限42-43
• 4.3 BP神经网络简介43-46
• 4.3.1 BP网络结构43-44
• 4.3.2 BP网络学习算法44-46
• 4.4 基于BP神经网络的PID控制器46-49
• 4.5 BP神经网络的PID控制器在氧化沟溶解氧控制中的仿真研究49-58
• 4.5.1 基于传统PID控制器的溶解氧控制系统的仿真实现50-51
• 4.5.2 基于BP神经网络PID控制器的溶解氧控制系统的仿真实现51-53
• 4.5.3 仿真结果分析53-58
• 第五章 结论与展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士学位期间所做的工作和发表的论文65

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