生物制氢—水处理生产示范工程自动化系统的研究

论文摘要

生物制氢对于解决能源危机和环境污染都具有十分重要的意义，我国以厌氧活性污泥和有机质废水为生产原料的有机废水发酵法生物制氢技术在哈工大通过实验研究验证，该项研究在国内外首创并实现了中试规模连续非固定化菌种长期持续生物制氢技术，并实现了中试规模连续流长期持续产氢，是生物制氢领域的一项重大突破。由于生物制氢过程中需要控制温度、PH值、流量等众多参数和大量监控点，因此采用PLC（可编程逻辑控制器）控制技术，然而，由于PLC单纯的逻辑顺序控制功能以及其控制过程中不透明性在某些领域还存在缺陷，尤其在生物制氢控制中还达不到应有的效果，所以，本课题采用PLC为下位控制系统和上位采用组态王进行组态的新的生物制氢控制系统设计思路。在介绍了乙醇型发酵生物制氢理论指导下的发酵法生物制氢技术的工艺流程之后，又论述了生物制氢水处理自动控制系统的结构图和控制方案，并且对最底层的整个生产控制过程进行了详细介绍，包括了混合调节池自动控制回路，生物制氢反应器的温度、PH值控制回路，厌氧反应器温度、PH值控制回路，好氧反应池控制回路，沉淀池控制回路，生物制氢间氢气检测回路等等。然后对于本系统选用的PLC硬件西门子S7-300的模块配置进行了详细讲解，接着对PLC软件部分的STEP7编程工具和程序的流程图、梯形图进行了举例说明。最后用组态王制作了本控制系统上位机监控软件，包括各种实时、历史趋势曲线，报表，报警系统等等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源和研究背景
• 1.1.1 课题的来源和意义
• 1.1.2 课题的研究背景
• 1.2 国内外污水处理现状
• 1.2.1 水污染现状
• 1.2.2 国外污水处理状况
• 1.2.3 国内污水处理状况
• 1.3 国内外生物制氢现状
• 1.3.1 国外生物制氢状况
• 1.3.2 国内生物制氢状况
• 1.4 研究的内容
• 2 有机废水生物制氢的连续流发酵工艺
• 2.1 发酵法生物制氢系统的工艺
• 2.1.1 活性污泥法生物制氢
• 2.1.2 固定化细胞生物制氢
• 2.1.3 发酵产氢与产甲烷相的结合
• 2.2 反应系统生态因子与工程控制参数
• 2.2.1 温度
• 2.2.2 PH值
• 2.2.3 氧化还原电位
• 2.2.4 水力停留时间（HRT）
• 2.2.5 搅拌器的速率及功率
• 2.2.6 碱度
• 2.3 细菌产氢发酵类型
• 2.3.1 丁酸型发酵产氢途径
• 2.3.2 乙醇型发酵产氢途径
• 2.3.3 甲酸裂解产氢途径
• 2.4 提高产氢技术
• 2.5 本章小结
• 3 控制系统方案设计
• 3.1 DCS控制体系
• 3.1.1 DCS的概念
• 3.1.2 DCS的层次
• 3.1.3 本DCS系统的功能目标
• 3.1.4 本DCS系统的特点及其结构
• 3.2 生产过程控制
• 3.2.1 混合调节池自动控制:
• 3.2.2 生物制氢反应器过程控制:
• 3.2.3 厌氧反应器控制回路:
• 3.2.4 好氧反应池控制:
• 3.2.5 沉淀池控制:
• 3.2.6 生物制氢间氢气检测:
• 3.3 本章小结
• 4 PLC控制系统设计
• 4.1 PLC综述
• 4.1.1 PLC定义
• 4.1.2 PLC的历史
• 4.1.3 可编程序控制器的特点和优势
• 4.1.4 PLC的工作原理
• 4.1.5 PLC的主要功能和应用
• 4.1.6 PLC与其他顺序逻辑控制系统的比较
• 4.1.7 PLC的应用领域
• 4.1.8 PLC的国内外状况
• 4.2 PLC硬件选型及配置
• 4.2.1 下位机PLC的选型
• 4.2.2 本系统PLC模块配置
• 4.2.3 S7-300的模块概述和选配
• 4.3 PLC硬件电路
• 4.4 PLC软件STEP7介绍
• 4.5 本系统PLC软件控制流程图
• 4.6 本系统PLC软件梯形图
• 4.7 本章小结
• 5 监控软件组态王的应用
• 5.1 组态软件简介
• 5.2 亚控组态王概述
• 5.2.1 为何选择亚控组态王
• 5.2.2 亚控组态王6.0的特点
• 5.2.3 组态王的工作方式
• 5.2.4 组态王的组成
• 5.2.5 组态王应用程序的基本制作过程
• 5.3 用组态王建立监控程序的设计步骤
• 5.3.1 创建工程
• 5.3.2 在数据词典中创建用户定义的变量
• 5.3.3 在图形开发系统中创建动画效果
• 5.3.4 用命令语言编写用户程序
• 5.3.5 生物制氢运行系统
• 5.3.6 报表程序编写
• 5.3.7 自动控制系统实物
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢