污水处理厂控制系统和控制算法研究

论文摘要

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。

论文目录

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