基于PSO-DE的污水处理系统优化控制与实现

【摘要】：面对日益突出的环境污染问题,尤其是城镇生活污水与工业废水排放,严重影响了人们生活质量与我国可持续发展道路。近年来国家加大了对污水治理力度,但由于我国污水处理总体较落后,存在运行能耗过高,污水处理效果不理想等问题。因此提高污水处理自动化水平与污水处理系统控制稳定性,对实现无人职守,处理效果好,降低能耗与运行费用具有重要意义。本课题以城镇污水处理厂为背景,研究了一种基于全局优化算法的污水处理自控系统,该系统能够具有良好的污水处理效果,降低能耗,实现高度自动化。论文主要进行以下几个方面的工作:1、调研分析了国内外污水处理的发展现状,针对我国污水处理目前存在的运行成本高,污水处理效果有待提高问题,提出了一种以降低能耗,优化控制和自动化程度高的污水处理自控系统。2、本文以城镇污水处理厂实际项目为主对采用的AA/O污水处理工艺原理特点进行分析,并对污水处理各个主要工艺的流程实现与主要设备的能耗进行分析,对部分工艺控制难点提出优化控制策略,根据主要参数建立各个工艺能耗数学模型。3、针对污水处理需要解决的优化问题,建立了以溶解氧浓度(DO)与污泥排放量(Qw)为变量,以能耗与出水水质为约束条件的数学模型。并采用改进的差分进化粒子群算法(PSO-DE),在保证出水水质前提下,进行全局寻优得到最优能耗,通过污水处理状态方程求解寻优结果,验证了该算法的可行性,并生成可执行的DLL文件。4、根据污水处理现场工艺分散的情况,设计了以西门子S7-300PLC为下位机的集散控制系统,由中央控制系统、现场控制系统和智能仪表三个层面构成,并采用工业以太网作为数据交互方式,该系统能实现污水处理的高度自动化控制。5、利用IFIX组态软件进行污水处理监控与优化控制的上位机系统设计,采用后台脚本执行优化算法,并结合软件的图形数据界面设计出能够实现系统优化控制、动画模拟各个工艺设备实时显示、实时数据交互、远程操作等功能。 【关键词】：污水处理 降低能耗 优化控制 集散控制系统 上位机系统
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题的研究背景与意义11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外污水处理自控系统研究现在12-14
• 1.2.1 发达国家污水处理自控系统现状12-13
• 1.2.2 我国污水处理自控系统现状13-14
• 1.3 课题主要研究内容14-16
• 第2章 基于AA/O的污水处理工艺与能耗分析16-29
• 2.1 AA/O工艺的原理与特点17-18
• 2.1.1 AA/O工艺的原理17
• 2.1.2 AA/O工艺的特点17-18
• 2.2 污水处理工艺及关键设备18-28
• 2.2.1 一级处理工艺与能耗分析20-23
• 2.2.2 二级处理工艺与能耗分析23-25
• 2.2.3 三级处理工艺与能耗分析25-26
• 2.2.4 污泥处理系统工艺与能耗分析26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 基于PSO-DE群算法的优化控制29-44
• 3.1 基于污水生化处理模型的优化控制分析29-33
• 3.1.1 污水生化处理建模29-31
• 3.1.2 污水处理优化问题分析31-33
• 3.2 标准粒子群算法33-35
• 3.2.1 粒子群算法基本介绍33-34
• 3.2.2 粒子群算法流程设计34
• 3.2.3 粒子群算法特点与改进介绍34-35
• 3.3 PSO-DE算法的构建35-40
• 3.3.1 差分进化算法的介绍35-36
• 3.3.2 PSO-DE算法设计流程36-37
• 3.3.3 PSO-DE算法性能验证37-40
• 3.4 PSO-DE算法在污水生化处理过程系统验证40-43
• 3.5 算法转换成可应用拓展文件43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 污水处理下位机控制系统设计44-65
• 4.1 污水处理系统集成架构配置方案44-47
• 4.1.1 S7-300系列CPU模块45
• 4.1.2 S7-300系列I/O模块45-46
• 4.1.3 S7-300系列通讯模块46-47
• 4.2 工艺控制站点设计47-60
• 4.2.1 主要设备控制设计47-53
• 4.2.2 控制系统编程设计53-60
• 4.3 触摸屏人机界面设计60-61
• 4.4 智能仪器仪表61-63
• 4.5 现场干扰的处理63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 基于IFIX上位机原型系统实现65-82
• 5.1 组态软件的选择与介绍65
• 5.2 软件配置与权限设置65-67
• 5.3 数据交互的配置67-68
• 5.4 软件监控界面设计68-81
• 5.4.1 主要工艺界面设计70-76
• 5.4.2 报表设计76-78
• 5.4.3 历史数据设计78-79
• 5.4.4 优化算法模块79-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第6章 污水处理优化自控系统测试82-89
• 6.1 污水处理优化自控系统的总体结构82
• 6.2 主要工艺设备运行测试82-85
• 6.3 污水处理控制系统试运行85-88
• 6.4 本章小结88-89
• 第7章 结论与展望89-91
• 7.1 结论89
• 7.2 展望89-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果96

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