水厂加氯系统的控制研究

论文摘要

随着社会经济的发展,国家对饮用水安全越来越重视,各自来水公司及下游自来水厂对水质有了更高的要求。消毒是水处理工艺中的重要组成部分,也是保证饮用水卫生安全的最后屏障,而目前我国水厂使用的消毒工艺以加氯消毒为主。在这样的背景下,迫切需要对水厂氯气投加环节进行分析研究,并在此基础上设计开发出安全可靠的氯气投加自动控制系统,将水厂产水余氯控制在安全合理的范围之内,具有十分重要的现实意义。本文从实际工艺出发,介绍了水厂的各处理流程、加氯点和含氯药剂的选择,重点分析了加氯过程的化学反应机理。由工艺分析得到加氯量的控制目标、投加过程的特点以及最终影响出厂水余氯指标的因素。本文从常规控制入手,介绍了水厂加氯系统的PID控制和串级控制。这一部分重点分析了串级控制应用于加氯系统时,主控对象与副控对象的选取、对象模型的辨识方法。然后根据实际调研,以本溪明山水厂为背景,分析了该水厂控制系统的架构。根据明山水厂PLC控制程序分析加氯系统的实现方法,总结了该水厂通过余氯反馈值修改加氯系数调整加氯量的闭环控制思想。由于加氯系统从滤池后加氯点到清水池长时间接触反应具有滞后时间长、难以获得精确数学模型等特点,本文尝试引入模糊控制作为智能控制算法应用于加氯控制系统。但由于模糊控制器相当于PD控制器,不含有积分作用,很难消除静态偏差。采用模糊控制算法改进常规PID控制器,PID参数的整定不依赖于对象数学模型,并且参数能够在线调整,满足实时控制的要求。最后通过Matlab仿真,分析了模糊控制器和模糊PID控制的动态响应以及自适应能力和抗干扰能力,并与传统PID控制进行比较。本文设计的模糊PID控制综合了PID算法和模糊控制算法的优势,实现了较好的余氯控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 水厂消毒背景
• 1.1.1 国家相关标准
• 1.1.2 消毒方法的选用
• 1.1.3 控制加氯量的意义
• 1.2 国内外水厂加氯消毒发展现状
• 1.2.1 工艺发展现状
• 1.2.2 控制方法发展现状
• 1.2.3 水厂加氯控制系统发展现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 水厂加氯工艺过程
• 2.1 水厂工艺流程综述
• 2.2 加氯工艺过程
• 2.2.1 加氯点的位置选择
• 2.2.2 消毒药剂的比较
• 2.2.3 加氯过程的化学反应
• 2.2.4 水中氨氮对加氯量的影响
• 2.3 水厂加氯系统的其他组成部分
• 2.3.1 气源切换部分
• 2.3.2 漏氯吸收部分
• 2.4 余氯的控制范围
• 2.5 氯气投加过程的影响因素
• 2.6 本章小结
• 第3章 水厂加氯控制系统
• 3.1 水厂加氯系统的控制难点
• 3.2 水厂加氯系统的单闭环PID控制
• 3.3 水厂加氯系统的串级控制
• 3.3.1 加氯控制系统采用串级结构的可行性
• 3.3.2 加氯控制系统串级控制中结构节点的选取
• 3.3.3 加氯控制系统采用串级控制的局限性
• 3.4 本溪明山水厂的控制方式
• 3.4.1 明山水厂的控制系统架构
• 3.4.2 明山水厂的加氯控制系统
• 3.5 本章小结
• 第4章 水厂加氯系统的模糊控制
• 4.1 水厂加氯系统对象数学模型的描述
• 4.2 水厂加氯系统的模糊控制器设计
• 4.2.1 加氯系统模糊控制器的结构设计
• 4.2.2 加氯系统模糊控制器的输入输出参数设计
• 4.2.3 加氯系统模糊控制器的模糊化方法
• 4.2.4 加氯系统模糊控制器的模糊规则
• 4.2.5 加氯系统模糊控制器的解模糊
• 4.3 水厂加氯系统的模糊PID控制器设计
• 4.3.1 加氯系统模糊PID控制器输入输出量的模糊化
• 4.3.2 加氯系统模糊PID控制器的模糊规则
• 4.3.3 加氯系统模糊PID控制器的解模糊
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统仿真及结果分析
• 5.1 搭建仿真模型
• 5.1.1 加氯系统模糊控制器的仿真模型搭建
• 5.1.2 加氯系统模糊PID控制器的仿真模型搭建
• 5.2 仿真结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢