城市污水处理集散控制系统的设计与实现

【摘要】：随着我国经济的不断发展和可持续发展战略的需要,污水处理越来越受到社会的重视。将集散控制系统运用于污水处理厂可以增强系统运行稳定性,提高处理效率,节约能源，提高经济效益。 本文以广东湛江市麻章污水处理厂自控系统成套工程项目作为背景,介绍了污水处理集散控制系统的整体设计方案与实现方法。该污水处理系统采用双氧化沟A2O处理工艺，设计污水处理规模为3万吨/天。污水处理集散控制系统分为三部分：现场级、控制级和管理级。现场级即现场仪表及控制设备，完成数据采集与过程控制；控制级即PLC控制站，主要负责数据处理与自动控制；管理级即上位机监控系统，主要监视各工艺流程运行状况与进行远程控制。 根据A2O污水处理的工艺要求对现场仪表及PLC进行了硬件选型，按控制要求对各个现场设备编写了相应的PLC控制程序。本系统现场控制站选用西门子S7-300PLC，上位机则选用PC机作为监控机实现在线监控。通过上位机监控系统,中控室工作人员可以对现场设备的运行状况实时监视与调整。上位机监控界面设计以组态软件组态王作为开发平台,其中监控界面主要包括登录界面、总体工艺流程图界面、进水系统界面、反应系统界面等。 系统的通信网络选用工业以太网与PROFIBUS-DP网络，其中上位机通过工业以太网实现与下位机PLC的通讯，下位机PLC通过PROFIBUS-DP网络实现与现场设备的通讯，通过对网络硬件参数的配置以及编写相应的通讯程序实现系统的通讯。 针对污水处理过程是一个纯滞后、时变、非线性的复杂系统，本文提出了对氧化沟内设备及溶解氧DO浓度的控制采用PID控制与模糊控制相结合的控制方式，使DO值控制在一定的范围内。 本系统已在湛江市麻章污水处理厂投入运行，运行效果良好，提高了工作效率，达到了预期的控制目的。 【关键词】：污水处理 组态软件 集散系统 模糊控制 工业以太网
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 第二章 污水处理工艺14-19
• 2.1 城市污水介绍14
• 2.1.1 城市污水的组成14
• 2.1.2 污水的水质指标14
• 2.2 城市污水处理工艺概述14-16
• 2.2.1 污水处理方法14-15
• 2.2.2 污水处理工艺15-16
• 2.2.3 污水处理工艺选择原则16
• 2.3 本系统所选工艺的介绍16-18
• 2.3.1 氧化沟介绍16-17
• 2.3.2 A2O 工艺及其特点17-18
• 2.3.3 本系统总体工艺流程18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 污水处理厂自动控制系统的设计19-46
• 3.1 控制系统总体设计19-24
• 3.1.1 系统设计原则19-20
• 3.1.2 常用控制系统介绍20-21
• 3.1.3 本系统方案设计21-24
• 3.2 上位机监控系统设计24-26
• 3.2.1 监控 PC 机配置24
• 3.2.2 组态软件选择24-26
• 3.3 下位机控制系统的设计26-35
• 3.3.1 PLC 概述26-28
• 3.3.2 PLC 的选型28-30
• 3.3.3 PLC 工作原理30-31
• 3.3.4 PLC 控制站的硬件设计31-35
• 3.4 通信系统的设计35-45
• 3.4.1 工业以太网简介36-37
• 3.4.2 PROFIBUS-DP 简介37-39
• 3.4.3 OPC 技术概要39-42
• 3.4.4 本通信系统设计42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 上位机监控系统的软件设计46-58
• 4.1 监控系统的建立46-49
• 4.2 监控界面的设计49-54
• 4.2.1 总体工艺流程界面49-50
• 4.2.2 进水系统监控界面50-51
• 4.2.3 反应系统监控界面51-52
• 4.2.4 沉淀过滤系统监控界面52-53
• 4.2.5 出水系统监控界面53
• 4.2.6 污泥脱水系统监控界面53-54
• 4.3 功能界面的设计54-57
• 4.3.1 报警界面55
• 4.3.2 趋势界面55-57
• 4.3.3 报表界面57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 PLC 控制站的软件设计58-72
• 5.1 进水系统的控制58-63
• 5.1.1 粗格栅的控制58-60
• 5.1.2 提升泵的控制60-61
• 5.1.3 细格栅的控制61-62
• 5.1.4 除砂设备的控制62-63
• 5.2 反应系统的控制63-69
• 5.2.1 溶解氧控制系统组成64-65
• 5.2.2 模糊 PID 控制器设计65-68
• 5.2.3 溶解氧控制系统程序设计68-69
• 5.3 沉淀过滤系统的控制69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 总结与展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 附件78

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