4万吨污水处理厂自动化监控系统设计与研究

【摘要】： 随着人民生活水平的提高和可持续发展战略的需要,污水处理越来越受到社会的重视。污水处理既可以起到环保作用,又可以实现水的重复利用,节约水资源。为了提高污水处理的质量和效率,同时节省人力、物力,设计一套自动化监控系统是十分必要的。本文以郓城县污水处理厂为例,介绍了中小型污水处理厂自动化监控系统的整体设计方案。 郓城县污水处理厂采用倒置A~2/O处理工艺,设计处理污水规模为4万吨/天。整个监控系统分为三部分:一是现场数据采集部分,完成数据采集功能;二是现场控制单元,分现场控制柜和PLC站,现场控制柜主要完成手动控制,PLC站主要完成数据处理、自动控制及通讯功能;三是上位监控部分,主要监视现场各工艺流程运行状况并实施远程控制功能。 本系统以OMRON公司的CJ1M和SIEMENS公司的S7-300、S7-200PLC作为数据采集及控制单元,配合各种检测仪表和控制设备对污水的液位、流量、pH值、温度及溶解氧浓度等控制量进行数据采集,同时,按照控制要求对各个现场设备如粗细格栅、提升泵、鼓风机等进行相应控制。本系统根据工艺流程和控制要求设立了5个分布站,各站通过以太网与上位机相连。上位机通过亚控公司的组态王和各站进行数据交换,从而实现集中控制。 本文以工艺流程为线索,介绍了系统的总体设计方案、各PLC站的设计、重要参数的监测、通信网络和上位监控界面的开发。 溶解氧(DO)是污水处理过程中表征水质的重要参数,是控制重点,但因为污水成分波动性比较大,所以又是控制难点。在对控制对象作了大量的研究后,结合其他污水处理厂DO的控制经验,采用将模糊控制和PID控制相结合的模糊PID控制算法,控制鼓风曝气过程,使DO的含量控制在一定的范围之内。 本系统已在郓城县污水处理厂投入运行,运行效果良好,达到了预期的控制目的,具有很好的经济和社会意义。 【关键词】：污水处理 溶解氧 以太网 模糊PID控制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 符号说明13-14
• 第1章 绪论14-18
• 1.1 污水处理国内外发展现状14-15
• 1.2 课题的意义及背景15-16
• 1.3 课题的研究内容16
• 1.4 章节安排16-18
• 第2章 工艺流程介绍18-23
• 2.1 污水处理指标18-19
• 2.2 污水处理的基本工艺方法19-20
• 2.3 本系统采用的工艺介绍20-22
• 2.3.1 倒置A~2/O工艺简介20-21
• 2.3.2 本系统工艺流程21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 控制系统方案设计23-27
• 3.1 污水处理自控系统的难点23-24
• 3.2 设计原则24
• 3.3 设计思想24
• 3.4 系统构成24-26
• 3.4.1 系统结构图24-25
• 3.4.2 各单元功能描述25-26
• 3.5 本章小结26-27
• 第4章 控制系统硬件设计27-42
• 4.1 仪表系统27-28
• 4.1.1 仪表的选型原则27-28
• 4.1.2 本系统主要仪表28
• 4.2 PLC1站设计28-34
• 4.2.1 粗格栅28-29
• 4.2.2 提升泵房29
• 4.2.3 细格栅29-30
• 4.2.4 曝气沉砂池30-31
• 4.2.5 控制柜设计31-34
• 4.3 PLC2站设计34-36
• 4.3.1 鼓风机电气控制原理34-36
• 4.3.2 控制柜设计36
• 4.4 PLC3站设计36-38
• 4.4.1 生化反应池36-37
• 4.4.2 二沉池37
• 4.4.3 污泥回流泵房37-38
• 4.4.4 污泥贮池38
• 4.4.5 控制柜设计38
• 4.5 其他PLC站设计38-39
• 4.6 中央监控室39
• 4.7 数据通讯系统39-41
• 4.7.1 以太网简介40-41
• 4.7.2 工业以太网在本系统中的应用41
• 4.8 本章小结41-42
• 第5章 控制系统软件设计42-62
• 5.1 PLC编程42-48
• 5.1.1 编程软件42-43
• 5.1.2 PLC编程43-48
• 5.2 上位监控画面设计48-58
• 5.2.1 组态软件介绍48-50
• 5.2.2 组态王6.52在本系统中的应用50-58
• 5.3 OPC技术在本系统中的应用58-61
• 5.3.1 OPC技术概述58-59
• 5.3.2 OPC技术在本系统中的应用59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 鼓风曝气控制策略研究62-82
• 6.1 溶解氧自动控制策略探讨62-63
• 6.1.1 污水处理过程对溶解氧浓度的要求62
• 6.1.2 溶解氧自动控制策略62-63
• 6.2 PID控制理论基础63-67
• 6.2.1 PID控制原理63-65
• 6.2.2 数字PID控制算法65-66
• 6.2.3 PID参数的整定66-67
• 6.3 模糊控制理论基础67-72
• 6.3.1 模糊控制的基本原理67-68
• 6.3.2 模糊控制器的工作原理68
• 6.3.3 模糊控制器的设计方法68-72
• 6.3.4 模糊控制的特点72
• 6.4 模糊PID控制器的设计72-80
• 6.4.1 模糊PID控制器的设计步骤72-73
• 6.4.2 本系统模糊PID控制器设计73-78
• 6.4.3 PID算法及模糊PID算法的MATLAB仿真比较78-80
• 6.5 模糊PID算法的实现80-81
• 6.6 本章小结81-82
• 第7章 总结与展望82-84
• 7.1 总结82
• 7.2 对未来研究的展望82-84
• 参考文献84-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文88-89
• 学位论文评阅及答辩情况表89

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