污水处理厂自动化监控系统的设计与优化运行研究

【摘要】：当今社会,伴着工业生产自动化水平的飞速进步、人民物质文化生活水平的小康化以及城镇化速度的加快,新兴城市尤其是中小城镇工业废水、生活污水的排放量剧增,使城镇污水处理厂的负荷不断增加,污水处理高能耗的问题日显突出,污水处理系统节能减排优化升级迫在眉睫。我国“十二五”规划中的节能减排工作方案和污水处理设施建设规划,都提到了要利用合理的污水处理工艺和先进的控制方法策略,实现污水处理节能减排降耗。 本文以实际项目中的A2O工艺型污水处理控制系统为研究对象,首先介绍了A2O型污水处理工艺流程原理,即在生化处理部分采用厌氧-缺氧-好氧法,具有良好的脱氮除磷功效；然后并对流程中的各个工艺阶段的设备、能耗情况进行了分析,寻找可以实现节能降耗的途径；根据工艺的要求、设备的类型以及运行的方式,进行了污水处理自动化监控系统的硬件选型设计,根据厂家要求选用ABB公司的AC500系列PLC,并详细介绍了AC500系列PLC各种输入／输出模块的功能特点以及接线使用方法,讲解了利用AC500系列具有强大通讯功能的通信模块建立整个控制系统的网络连接,还对系统的保护接地和屏蔽接地进行了说明；系统采用分布式网络控制,监视操作层和运算控制层之间采用光纤以太环网,保证整个系统的高速信息交换和冗余稳定性；现场设备层和运算控制层之间利用通用的工业现场总线技术,完成了智能设备的连接以及远程I/O的数据通信,实现了对现场设备的集中监控。 本文中采用的ABB公司的可编程控制器的编程配置软件Control Builder基于CoDeSys平台开发而来,它建立在高级编程语言的基础上,功能强大,支持多达六种编程语言,方便编程人员分工合作；利用编程软件可以离线编写或者在线更改PLC内部的程序、自动识别硬件并实行配置、方便的规划网络,并可以轻松快捷的将编制的程序以及硬件网络组态配置的上传下载,还可以进行离线仿真、变量在线监视等功能,为编程技术人员提供了很好的使用环境。上位机组态软件采用西门子公司的WinCC,作为服务器与客户机,利用其OPC通信功能实现与PLC的数据交换,结合强大的图形显示能力、报警处理能力,实现了生动形象的工艺画面模拟以及各个工艺阶段设备及工艺参数的实时显示；利用其脚本编辑功能编写了基于时间和事件的处理程序,并采用第三方ActiveX控件,实现了实时数据的报表生成等。 利用强大的大屏拼接墙显示技术,集合现场各监控摄像头,设计了DLP大屏视频监视系统,使操作人员可以实时监视现场各工艺过程的状况,根据系统状况及时作出相应控制策略调整。 本课题剖析了污水净化处理过程中每个工艺段具体的能源消耗状况及所占的比例,然后根据能耗相对较大的几个工艺段,分别提出了相应的节能降耗优化控制策略。其中曝气鼓风系统采用仿人智能控制,絮凝剂添加系统利用模糊PID优化自调节策略,污水提升采用基于移位逻辑的轮询控制方式,分别具体叙述了各控制方法的理论依据,参数调整方法等等,并进行了仿真,实现了污水处理的节约能源降低消耗和设备的优化运行。 本自动化监控与节能优化控制系统与传统的控制方法相比较,自动化程度更高,起到了节能降耗的效果,有一定的应用价值。 【关键词】：污水处理 ABB PLC控制器 节能降耗 WinCC组态软件 模糊PID调节
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703;TP277
【目录】：

• 目录4-7
• CONTENTS7-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 符号说明14-15
• 第1章 前言15-19
• 1.1 发达国家污水处理行业概况15-16
• 1.2 我国污水处理现状16-17
• 1.3 课题研究的必要性17
• 1.4 本课题研究的主要内容17-19
• 第2章 污水处理过程19-25
• 2.1 一级处理(预处理)19-21
• 2.1.1 粗格栅20
• 2.1.2 提升泵房20
• 2.1.3 细格栅20
• 2.1.4 沉砂池20-21
• 2.1.5 配水井21
• 2.2 二级处理21-22
• 2.2.1 A2O工艺21-22
• 2.2.2 二沉池22
• 2.2.3 中间提升泵房22
• 2.3 污泥处理系统22-23
• 2.4 三级处理23
• 2.4.1 高效絮凝沉降池23
• 2.4.2 滤池、消毒渠及计量槽23
• 2.5 本章小结23-25
• 第3章 硬件系统选型设计25-37
• 3.1 PLC控制系统25-32
• 3.1.1 AC 500系列CPU模块26
• 3.1.2 AC 500系列I/O模块26-30
• 3.1.3 AC 500系列通讯模块30-32
• 3.2 干扰的处理32-36
• 3.2.1 引起干扰的原因33-34
• 3.2.2 安全接地措施34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 节能优化控制策略的研究37-53
• 4.1 能耗分析37-38
• 4.2 仿人智能PID控制在生化池控制系统中的应用38-43
• 4.3 模糊控制在絮凝剂添加控制系统中的应用43-49
• 4.4 提升泵优化控制49-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 软件设计与开发53-73
• 5.1 PLC编程配置软件53-65
• 5.1.1 创建新的工程53-54
• 5.1.2 在CoDeSys下新建程序组织单元POU54-56
• 5.1.3 硬件组态56-58
• 5.1.4 程序编写、编译与下载58-61
• 5.1.5 分布式扩展与网络配置61-65
• 5.2 上位机组态监控软件65-71
• 5.2.1 SIMATIC WinCC65-67
• 5.2.2 组态界面开发67-69
• 5.2.3 报表系统(Report Designer)69-71
• 5.3 本章小结71-73
• 第6章 DLP大屏视频监视系统73-81
• 6.1 视频监控系统的益处73
• 6.2 系统结构和组成73-80
• 6.2.1 视频采集单元74-75
• 6.2.2 大屏幕拼接墙75-76
• 6.2.3 功能强大的信号处理器76-78
• 6.2.4 大屏幕管理控制软件VWAS78-80
• 6.3 本章小结80-81
• 第七章 总结81-83
• 参考文献83-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文86-87
• 学位论文评阅及答辩情况表87

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