仿人控制在污水处理系统中的研究与应用

【摘要】：目前我国建成的污水处理厂,特别是中小型污水处理厂大多处于手动或者半自动运行状态。经济社会的发展决定未来的十年,中小污水处理厂将成为我国污水处理的重要组成部分。CASS工艺具有工艺简单,基建投资低,设备种类少,自控设计方便等优点,特别适合北方中小型污水处理厂的设计。污水处理过程中,微生物的生长和污染物的降解与曝气池溶解氧的浓度息息相关,有关数据表明,曝气机的能耗占整个污水处理厂能耗的35%以上。所以,溶解氧高低的控制对于整个污水处理厂的能耗和出水品质具有重大意义。本文以靖远县污水处理项目为背景,在查阅相关污水处理的文献,书籍,走访周边城市污水处理厂(永昌县污水处理厂、民勤县污水处理厂等),大量调研的基础上,深入分析CASS工艺的特点,与永昌县污水处理厂自控人员探讨运行中的注意事项、设计自控应主要考虑的因素。根据污水处理工艺,设计基于Controllogix和工业以太网的污水处理自控方案。本文还针对污水处理过程中溶解氧具有非线性慢、多干扰、时变、大滞后的不确定等特点,难以用传统的控制方案实时准确的控制。在深入学习仿人智能控制理论和思想的基础上,查阅相关文献,分析溶解氧控制的难点和现状。设计了仿人智能控制程序,通过MATLAB、Controllogix、OPC等将仿人智能控制思想应用到污水处理中。现场实际运行表明,该自控系统能够安全、稳定、高效的运行,污水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2003)一级B标准。 【关键词】：污水处理 仿人控制 监控系统 溶解氧 CASS工艺
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703;TP273
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 插图索引10-12
• 附表索引12-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 课题的来源和背景13-14
• 1.2 课题的研究内容及意义14-15
• 1.3 污水处理智能控制国内外研究现状15-17
• 1.4 本文做的主要工作17-18
• 第二章 污水处理工艺18-26
• 2.1 污水处理概述18
• 2.2 污水处理工艺概述18-20
• 2.3 CASS工艺20-25
• 2.3.1 CASS工艺的构成21
• 2.3.2 CASS工艺的反应周期21-24
• 2.3.3 CASS工艺具有的主要技术特点和优点24-25
• 2.4 工艺的选择25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 污水处理厂控制系统方案设计26-43
• 3.1 自动控制系统方案26-27
• 3.2 控制系统的要求及优势27-28
• 3.2.1 系统要求27-28
• 3.2.2 系统的优势28
• 3.3 可编程控制站的设计28-36
• 3.3.1 ConTROLLOGLX PLC技术简介28-29
• 3.3.2 PLC各个控制站的设计29-36
• 3.3.2.1 PLC1监测与控制的主要项目30-32
• 3.3.2.2 PLC2监测与控制项目32-34
• 3.3.2.3 PLC3监测与控制项目34-35
• 3.3.2.4 现场控制站设置35-36
• 3.4 上位组态36-42
• 3.4.1 组态王36-38
• 3.4.2 数据处理38-39
• 3.4.3 报表39-40
• 3.4.4 实时曲线和历史曲线40-41
• 3.4.5 安全登录和密码保户41
• 3.4.6 报警系统41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 仿人智能控制器的设计43-67
• 4.1 仿人智能控制的基本概念43-47
• 4.1.1 仿人智能控制的基本定义43-45
• 4.1.2 产生式系统45-47
• 4.2 仿人智能控制与PID控制相结合47-52
• 4.2.1 常规PID控制原理47-48
• 4.2.2 仿人智能PID控制原理48-50
• 4.2.3 仿人智能控制系统设计方法50-52
• 4.3 仿真实例52-53
• 4.4 仿人智能控制的溶解氧控制系统设计53-56
• 4.4.1 污水处理厂溶解氧控制中存在问题53-54
• 4.4.2 溶解氧控制模型的建立54
• 4.4.3 曝气的传质过程和溶解氧(DO)检测54-55
• 4.4.4 溶解氧仿人智能控制系统硬件结构图如图55-56
• 4.5 溶解氧仿人智能控制算法的实现56-60
• 4.5.1 模型处理与特征变量56-57
• 4.5.2 定义如下特征变量57
• 4.5.3 DO浓度变化时相轨迹的确立(理想误差时相轨迹的确定)57-59
• 4.5.4 控制规则59-60
• 4.6 MATLAB与PLC之间的通信60-64
• 4.6.1 MATLAB与PLC的通讯接口60-61
• 4.6.2 MATLAB与PLC的DDE通讯61-62
• 4.6.3 Controllogix通过OPC与MATLAB通信62-64
• 4.7 仿人智能DO实际运行分析64-66
• 4.8 本章小结66-67
• 第五章 结论与展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录74

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