污水处理厂控制系统和控制算法研究

【摘要】： 城市污水处理系统的社会效益巨大,但运行成本高,经济效益差,为了让污水处理技术有效地实现,使系统能够连续稳定运行,保证出水水质达标,将先进的自动控制技术应用于污水处理中,提高污水处理的自动化水平已成为污水处理中的关键环节。 本文结合工程实例,以镇江市大港污水处理厂的控制系统作为研究背景,结合污水处理工艺,探讨了PLC及其网络在污水处理厂中的应用,并充分考虑在线检测仪表在控制系统中的作用。本系统采用IPC+PLC的控制方案和PROFIBUS现场总线+光纤冗余以太环网的通信网络方案。文中主要介绍了PLC、PROFIBUS现场总线、光纤冗余以太环网、污水处理工艺、控制系统硬件、软件配置以及污水处理厂自动控制系统的实现。 另外,城市污水处理过程工艺复杂,具有连续生产、参数检测困难、非线性、时变性、大滞后、干扰多等特点。因此本文针对污水处理过程中的污水曝气过程进行了控制策略的研究,并且通过Matlab软件仿真,比较了Smith预估控制和专家模糊控制(Expert Fuzzy)的运行效果。由于专家模糊(Expert Fuzzy)控制策略控制效果较好,而且不需要控制对象的精确数学模型,因此选用专家模糊控制作为本工程的控制策略。 实验结果表明专家模糊控制具有动静态性能好、抗干扰能力强的特点。适合运用于负荷冲击变化比较大的污水处理过程中。 【关键词】：污水处理 专家模糊控制 工业以太网 现场总线 PLC
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.1.1 课题背景10
• 1.1.2 课题研究意义10-11
• 1.2 国内外污水处理自动控制系统研究现状11-13
• 1.3 污水处理自动控制系统的难点13
• 1.4 本文所作的主要工作13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 污水处理工艺介绍15-21
• 2.1 城市污水的污染指标15
• 2.2 城市污水处理方法15-17
• 2.3 污水处理工艺选择17-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 污水处理厂自动控制系统方案设计21-37
• 3.1 污水处理厂自动控制系统设计原则21
• 3.2 污水处理控制网络选择21-25
• 3.2.1 DCS网络21-22
• 3.2.2 工业以太网22-23
• 3.2.3 现场总线23-25
• 3.2.4 网络选择25
• 3.3 主要硬件设备选型25-28
• 3.3.1 控制设备选型25-26
• 3.3.2 在线检测仪表的选型26-28
• 3.4 污水处理过程自动控制系统的总体设计28-34
• 3.4.1 系统构成及功能29-31
• 3.4.2 工业控制网络31-32
• 3.4.3 系统防雷和接地32-33
• 3.4.4 自动控制系统控制模式33-34
• 3.5 上位机组态软件34-36
• 3.5.1 组态软件的选择34
• 3.5.2 WinCC简介34-36
• 3.6 本章小节36-37
• 第四章 污水处理厂自动控制系统的实现37-55
• 4.1 脱水机房PLC控制站37-42
• 4.1.1 细格栅控制38
• 4.1.2 旋流沉砂池控制38
• 4.1.3 厌氧水解酸化池控制38-39
• 4.1.4 脱水系统控制39
• 4.1.5 脱水机房PLC控制站的硬件实现39-41
• 4.1.6 脱水机房PLC控制站软件实现41-42
• 4.2 变电所PLC控制站42-48
• 4.2.1 CAST反应池控制43-45
• 4.2.2 鼓风机房控制45-46
• 4.2.3 变电所电量参数采集46
• 4.2.4 变电所PLC控制站的硬件实现46-48
• 4.2.5 变电所PLC控制站的软件实现48
• 4.3 厂外3#提升泵站PLC控制站48-51
• 4.3.1 粗格栅控制49
• 4.3.2 污水提升泵房控制49-50
• 4.3.3 厂外3#提升泵站PLC控制站的硬件实现50
• 4.3.4 厂外3#提升泵站PLC控制站的软件实现50-51
• 4.4 中央控制室的实现51-54
• 4.4.1 中控室硬件实现和通信51-52
• 4.4.2 软件结构52-53
• 4.4.3 监控系统的规划和实现53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 污水处理厂控制算法研究55-72
• 5.1 污水处理过程参数分析55-56
• 5.2 曝气过程仿真模型的建立56-57
• 5.3 曝气策略的研究57-68
• 5.3.1 Smith预估控制58
• 5.3.2 专家模糊控制58-68
• 5.4 Matlab仿真分析及控制策略比较68-71
• 5.4.1 Matlab仿真分析68-71
• 5.4.2 控制策略比较71
• 5.5 本章小节71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 工作总结72-73
• 6.2 前景展望73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士期间发表论文77-78
• 致谢78

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