污水处理控制系统设计与建模研究

【摘要】： 水资源、水环境是人类生存的基础。随着工农业生产的发展,各种污染源严重地破坏了人们的生存环境,尤其是工业污水使不少地区水环境恶化,严重影响了人们的生产生活。为了保证我国经济的可持续发展,污水处理已经成为城市发展中不可缺少的配套措施。近年来,国家对水环境保护意识不断增强,对污水处理过程自动化程度要求不断提高,利用先进的控制技术和设备对污水处理过程进行监控是满足上述要求的最有效手段。同时,由于污水处理过程的高度非线性、进水流量等参数随机变化很大以及生物传感器的缺乏,使一些重要变量(例如生物需氧量和化学需氧量)还没有成熟的、经济的在线测量设备,因此对污水处理过程进行建模的研究有非常重要的意义。 本文以某钢铁公司污水处理厂为背景,分析了活性污泥法污水处理工艺流程、工艺特点,根据现场设备及控制对象的特点进行了控制系统的开发,设计了一套基于PLC、CANopen、Modbus总线技术和Internet网络的污水处理自控系统。实现了对设备运行的自动控制、过程参数的采集与监视、数据的分析与处理、核心控制设备的远程监视。控制系统的设计分为四个部分: 1) PLC程序设计:根据污水处理工艺和用户控制要求,针对污水处理过程各个被控节点的特点,在PLC控制程序设计中采用了不同的控制策略,确保系统安全、稳定、高效地运行。 2)电气设计:根据污水处理工艺要求设计了设备的电气线路。 3)上位机程序设计:在InTouch-v9.5环境下开发的应用程序作为污水处理控制系统的监控软件,实现与下位机PLC的数据通讯,提供了简易、直观的用户操作界面,方便了对污水处理厂的监控。 4)远程监视程序设计:根据客户要求,设计一套远程监视系统,实现远程监视污水处理控制系统主要设备的运行状态、远程监视下位机PLC运行状态、远程接收警报等功能,突破了对污水处理厂监视的地域界限。 利用支持向量机(SVM)和出水水质参数特性建立混合软测量模型,实现对出水BOD浓度、COD浓度在线预测,解决BOD、COD难于在线监测的问题,给污水处理厂工作人员提供了控制操作依据,改变了原来依靠工作人员经验对污水处理各个节点进行控制的现状,提升污水处理系统控制精度,改善出水水质。 【关键词】：控制系统设计 PLC InTouch 现场总线 软测量 支持向量机
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 污水处理过程自动控制的现状7-8
• 1.2 污水处理过程建模的现状和研究8-9
• 1.3 支持向量机的研究和发展9-10
• 1.4 本课题研究的内容10-11
• 第二章 活性污泥法污水处理工艺分析11-20
• 2.1 厌氧生物处理工艺11-12
• 2.1.1 厌氧工艺11-12
• 2.1.2 UASB 反应器工作原理12
• 2.2 AA/O 好氧处理工艺12-14
• 2.3 本设计的污水来源和水质14
• 2.4 活性污泥法工艺和污水处理工艺的选择14-15
• 2.5 污水处理工艺流程和系统控制要求15-19
• 2.6 本章小结19-20
• 第三章 污水处理厂控制系统设计20-47
• 3.1 控制系统方案设计20-22
• 3.2 控制系统网络结构22-23
• 3.2.1 现场总线概述22
• 3.2.2 CANopen、Modbus 总线介绍22
• 3.2.3 污水处理系统控制网络设计22-23
• 3.3 PLC 控制系统设计23-35
• 3.3.1 综合调节系统控制设计24-26
• 3.3.2 厌氧处理系统设计26-28
• 3.3.3 一级AA/O、二级AA/O 控制系统设计28-32
• 3.3.4 物化处理系统控制设计32-33
• 3.3.5 污泥处理系统控制设计33-34
• 3.3.6 外围设备和保护设备设计34-35
• 3.4 电气部分设计35
• 3.4.1 概述35
• 3.4.2 供配电系统设计35
• 3.4.3 照明设计35
• 3.5 上位机程序设计35-42
• 3.5.1 上位机监控系统基本功能设计36-37
• 3.5.2 上位机监控画面设计37-42
• 3.6 远程监视程序设计42-45
• 3.6.1 控制设备运行状态的远程监视43-45
• 3.6.2 下位机PLC 运行状态的远程监视45
• 3.6.3 远程报警设计45
• 3.7 本章小结45-47
• 第四章 基于支持向量机的污水处理过程软测量建模47-62
• 4.1 软测量技术47-48
• 4.2 基于支持向量机与BOD、COD 相关性软测量建模48-54
• 4.2.1 统计学习理论49-50
• 4.2.2 标准支持向量回归机50-53
• 4.2.3 BOD 浓度与COD 浓度的线性相关性53-54
• 4.3 污水处理出水水质预测54-61
• 4.3.1 选择变量54-55
• 4.3.2 污水处理过程建模55-60
• 4.3.3 模型在线校正60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录：攻读硕士学位期间发表论文清单68

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