基于模糊PID控制的SBBR分散式污水处理工艺控制系统研究

【摘要】：水资源作为重要的战略资源与自然资源，在维护国家安全与社会稳定上发挥了重要作用。随着社会与时代的发展，新型的分散式污水处理方法应运而生。目前，可用于分散式污水处理工艺较多，其中SBBR法以出水水质良好、占地面积小、抗水质冲击负荷能力强等优点被广泛应用。为了让分散式污水连续处理得以有效地实现，使用模糊PID控制技术与自动控制相结合的技术将使其变得可能。 本次论文正是针对分散式污水处理控制技术进行研究。在研究过程当中，首先确定了回用水水质标准作为系统控制目标，紧接着选择了SBBR作为工艺并采用了模糊PID控制技术，并在此基础上搭建了了试验装置。在经过深入分析SBBR工艺流程后，确认了关键工艺参数溶解氧（DO），并对溶解氧采用模糊控制技术进行控制。试验在运行前，经过了反复试验。 本次控制系统采用西门子S7-200PLC作为主控器，同时引入模糊控制技术。它是一种将模糊控制和PID控制结合起来，使之既具有模糊控制快速、灵活而适应性强的特点，又具有PID控制精度高的特点的控制器。在论文中，阐述了如何将模糊PID控制器在西门子S7-200PLC中实现的方法，在编程软件STEP7中编制程序实现模糊控制功能的步骤。通过试验装置试验结果论证：采用模糊PID控制方法能明显的消除积分饱和，很大程度上减小超调量，可以有效提高系统的控制水平。试验装置系统采用基于模糊PID控制技术是可行的。 【关键词】：分散式 SBBR 模糊PID S7-200PLC 溶解氧 回用水
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 论文研究的背景8-9
• 1.2 国内外分散式污水处理发展现状9
• 1.2.1 国外分散式污水处理系统9
• 1.2.2 国内分散式污水处理系统现状9
• 1.3 模糊 PID 控制技术的国内外发展现状9-10
• 1.4 论文的目的和意义10-11
• 1.5 本论文的主要内容11
• 1.6 本论文主要研究内容及创新点11-13
• 2 基于 SBBR 分散式污水处理工艺介绍13-17
• 2.1 常用分散式污水处理工艺方案简介13-14
• 2.2 分散式污水处理系统的主要任务及其相关技术指标14
• 2.3 SBBR 工艺简介14-16
• 2.3.1 SBBR 工艺原理14
• 2.3.2 SBBR 工艺的流程和运行方式14-16
• 2.4 SBBR 工艺特点16-17
• 3 模糊 PID 控制器在 SBBR 工艺控制中的应用17-28
• 3.1 模糊控制简介17
• 3.2 溶解氧 PID 控制原理17-18
• 3.3 溶解氧控制系统的特点及其分析18-20
• 3.4 模糊 PlD 控制器的设计20-26
• 3.4.1 输入及输出模糊化20-21
• 3.4.2 模糊推理过程21-23
• 3.4.3 输出量精确化过程23-26
• 3.5 系统控制性能试验结果26-28
• 4 基于 SBBR 分散式污水处理系统研究总体介绍28-36
• 4.1 序批式生物膜工艺（SBBR）概念28
• 4.2 试验装置及试验方法28-31
• 4.2.1 试验装置28-29
• 4.2.2 装置运行29
• 4.2.3 SBBR 系统工艺流程简介29-30
• 4.2.4 污水与出水水质标准30-31
• 4.2.5 系统污水处理能力31
• 4.3 SBBR 生物膜中菌胶团组成及特点31-33
• 4.4 试验装置的功能要求33-34
• 4.5 微波/紫外/臭氧杀菌消毒理论基础34-36
• 5 自动控制系统总体方案设计36-58
• 5.1 系统结构36
• 5.2 分散式污水处理系统主回路硬件设计36-40
• 5.2.1 污水处理系统的结构框图36-37
• 5.2.2 工作过程37
• 5.2.3 污水处理主回路设计37-40
• 5.2.4 S7-200 PLC 的 I/O 资源配置40
• 5.3 系统相关仪表的主要功能、硬件接口及信号采集40-41
• 5.4 软件系统的设计41-49
• 5.4.1 总体流程设计42-43
• 5.4.2 手动控制模式43
• 5.4.3 自动控制模式43-48
• 5.4.4 曝气过程控制的任务48-49
• 5.4.5 臭氧的投加49
• 5.4.6 絮凝剂投加49
• 5.5 模糊推理子程序的设计与研究49-56
• 5.5.1 模糊量化程序设计49-53
• 5.5.2 模糊推理的程序设计53-56
• 5.6 控制系统实际效果56-58
• 6 调试与运行结果分析58-65
• 6.1 硬件系统的调试58
• 6.2 软件系统的调试58-59
• 6.3 调试运行结果59
• 6.4 回用水最终检测结果59-64
• 6.5 回用水最终检测结果分析64-65
• 7 总结与展望65-67
• 7.1 总结65-66
• 7.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 附录71-72
• 致谢72

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