污水处理智能控制系统设计与实现

【摘要】：当前水污染问题日益严重，对污水进行适当的治理已经成为我们不得不面对的问题，但是我国的污水治理仍存在很多不足，已投入运行的污水处理自控系统只有少部分能较好运行。造成这种状况的原因很多，但最主要的原因是污水处理控制技术及相应的自动控制技术不符合要求，因此对污水处理的自动控制系统问题进行研究有非常重要的意义。 本文讨论了国内外污水处理工艺和自动控制系统的发展现状，并结合现阶段国内污水处理厂计算机系统的总体设计原则和设计方法，以株洲清水塘污水处理工程为背景，针对其污水处理的工艺特点和控制要求对它的整个自动控制系统进行了设计，并以施耐德Premium系列PLC为硬件基础，编程实现自控系统。 由于在污水处理过程中，生化处理阶段的溶解氧浓度能够反映水体污染度，特别是有机物污染程度，对其进行控制非常重要。但是氧气的溶解过程受进水水质、温度、ph值等因素的影响而呈现严重的非线性、大滞后、不确定等特点，对溶解浓度加以控制非常困难，本文将模糊控制与常规PID控制相结合，采用了模糊PID控制策略实现溶解氧浓度控制。这种控制策略能很好的适应控制系统参数的变化和工作条件的变化，在随机的环境中在线调整PID控制参数，在被控对象存在扰动的情况下保持良好的控制性能。并且利用MATLAB对设计的溶解氧模糊PID控制系统进行仿真实验，仿真结果表明了模糊控制策略的鲁棒性和有效性，具有一定的推广意义。 【关键词】：模糊PID PLC 溶解氧（DO）
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 论文的选题背景8-9
• 1.2 研究目的及意义9-10
• 1.2.1 研究目的9
• 1.2.2 研究意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-13
• 1.3.1 污水处理的工艺发展现状10
• 1.3.2 污水处理厂自动控制系统现状10-13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 1.5 本文的章节结构14-15
• 第二章 清水塘污水处理厂工艺介绍15-23
• 2.1 污水处理工程概况15
• 2.2 污水处理工艺流程15-21
• 2.2.1 格栅、提升泵房16
• 2.2.2 平流沉砂池16-17
• 2.2.3 均质池、调节池17
• 2.2.4 水解酸化池17-18
• 2.2.5 缺氧池、好氧池18
• 2.2.6 MBR 池18-19
• 2.2.7 反应沉淀池19
• 2.2.8 深度处理系统19
• 2.2.9 V 型滤池19-20
• 2.2.10 污泥处理系统20-21
• 2.3 污水处理工程中的控制简介21
• 2.4 溶解氧控制技术介绍21-23
• 第三章 溶解氧模糊 PID 控制器的设计23-38
• 3.1 模糊 PID 相关理论23-26
• 3.1.1 PID 控制23-24
• 3.1.2 模糊控制概述24-25
• 3.1.3 模糊 PID 控制25-26
• 3.2 DO 浓度控制系统控制对象分析26-27
• 3.3 模糊 PID 控制器的设计27-32
• 3.3.1 在线实时模糊 PID 控制方案27-28
• 3.3.2 精确量的模糊化及隶属度函数的确定28-30
• 3.3.3 模糊控制规则30-31
• 3.3.4 PID 参数在线调整31-32
• 3.4 模糊 PID 控制溶解氧浓度系统 MATLAB 仿真32-38
• 3.4.1 MATLAB 及 Simulink 开发环境介绍32
• 3.4.2 控制对象模型分析32-34
• 3.4.3 模糊 PID 建模仿真34-36
• 3.4.4 仿真结果分析36-38
• 第四章 清水塘污水处理厂控制系统设计38-61
• 4.1 控制系统结构38-40
• 4.1.1 中央控制室39
• 4.1.2 现场控制站39
• 4.1.3 通讯网络39-40
• 4.2 中控室监控系统设计40-43
• 4.2.1 中控室监控系统的功能40-41
• 4.2.2 监控软件介绍41-42
• 4.2.3 监控系统组态42-43
• 4.3 下位机 PLC 设计43-57
• 4.3.1 污水厂下位机控制站功能43-45
• 4.3.2 硬件选型及组态45-47
• 4.3.3 控制软件的设计47-51
• 4.3.4 模糊 PID 控制规则在 PLC 中的软件程序实现51-57
• 4.4 防雷与接地设计57-61
• 第五章 结论和展望61-63
• 5.1 工作总结61-62
• 5.2 本文相关技术的未来发展方向展望62-63
• 参考文献63-66
• 攻读学位期间主要的研究成果66-67
• 致谢67

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