污水处理溶解氧控制系统的设计与实现

论文摘要

污水是造成环境污染的来源之一,治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。我国污水处理系统运行成本较高是制约污水处理技术的重要因素。针对城市工业污水排放量逐渐增大这一现象,效果好且低能耗的污水处理技术,是当前我国污水治理的发展趋势。在污水处理系统中,水中溶解氧量是污水处理生化反应过程中一个重要的指标,它能比较直观、迅速地反映整个系统的运行状况,对溶解氧的控制可以直接影响到污水排放进程和系统能耗。目前,比例,积分,微分(PID)控制在工业过程控制系统中应用较为广泛,它的调节性能主要依靠参数的合理选择。由于污水处理过程存在诸多不确定因素,导致PID参数的整定和其控制性能不能令人满意。本文针对污水处理过程的溶解氧含量控制中存在的问题,在深入分析相关文献和研究成果的基础上,作了如下四方面工作:第一,介绍本课题的来源和研究背景,讨论本课题研究的意义。第二,介绍污水处理工艺过程。对曝气工艺建立了数学模型,并对数学模型进行了稳定性及可控性理论分析。针对传统曝气方式中所存在的过氧或欠氧情况选择了合适的控制方案。第三,介绍了常规PID控制算法及其特点,针对PID控制在污水处理系统中的不足,结合反向传播网络(BP网络)控制理论,分析了BP网络辨识器和基于BP网络的PID自适应控制器的基本原理,采用BP网络动态辨识对象模型,并对PID控制器的各参数进行优化,给出相应的仿真结果,归纳出相关的结论。第四,完成了上位机监控管理软件的组态和下位机PLC系统的设计,实现了污水处理过程的自动化控制和数字化管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 问题提出及研究内容
• 第二章 污水处理工艺过程及曝气溶解氧控制
• 2.1 污水处理工艺过程
• 2.1.1 污水处理工艺介绍
• 2.1.2 自动控制系统工作过程
• 2.2 生物池曝气系统控制
• 2.3 SBR 法的数学模型及其过程控制分析
• 2.3.1 数学模型分析
• 2.3.2 控制方案
• 2.3.3 改进型深井曝气法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于神经网络的PID 参数自整定过程控制
• 3.1 传统曝气控制方案
• 3.2 经典PID 算法
• 3.3 神经网络及其相关理论
• 3.3.1 单神经元及神经网络层次结构模型
• 3.3.2 神经网络工作机理
• 3.3.3 神经网络学习算法
• 3.3.4 神经网络在PID 控制中的应用
• 3.4 曝气过程溶解氧控制系统设计及仿真
• 3.4.1 控制系统结构设计
• 3.4.2 系统仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 污水处理监控管理软件的组态与系统的设计
• 4.1 系统功能分析
• 4.1.1 整体系统设计
• 4.1.2 监控软件主要功能及其组态
• 4.2 系统下位机系统设计
• 4.2.1 系统硬件组态
• 4.2.2 PLC 控制系统程序的部分实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文的主要工作
• 5.2 有待研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果