基于PLC控制的污水处理实验系统的设计

【摘要】：随着环境问题的日益突出,作为重要资源之一的水资源已经严重紧缺,水资源的再利用已经受到了各个国家的重视。为应对水资源急剧短缺问题,水处理技术得到了迅速的发展。与此同时,对污水处理的控制系统的控制功能、控制结构和控制方法上也随着科学技术的进步而逐步提高。从控制层次结构上来说,原有的人工现地操作控制早已不能满足我们的控制要求,通过网络的远程监控已经随近些年因特网的普及成为了主要发展方向。通过数据库和web服务实现的基于B/S模式下的远程监控应用越来越广泛。这种结构,不但有利于操作人员进行远程操作,还可以实现让管理层人员对生产系统进行监控更为方便。从控制方法上来说,过程控制的发展也进入了一个新的阶段。新的控制方法越来越多,各种控制理论随着不断应用也趋于成熟,对实际的生产生活起到了巨大的推动作用。本文在设计污水处理实验控制系统平台的同时,将远程控制技术、网页制作技术、模糊控制技术等在系统中进行融合及应用,设计成了一个操作性和学习性强的实验学习平台。 本文的主要内容是以下几个方面： 第一,重点地介绍在污水处理实验系统中应用的先进膜法水处理技术和工艺流程。本系统采用先进的膜分离技术。该技术使原有水处理的复杂流程得到了简化,特别适用分散式的中小型水处理系统。 第二,在认识了解工艺流程之后,按照实验系统的设计要求设计了以PLC为现场控制器的再用水控制方案。并采用工控机作为上位机,通过组态软件实现数据采集、报警提示、运行实时监控等功能。 第三,完成现场控制后,设计采用基于B/S模式的远程监控,并设计网页作为学习和交流的网络平台。同时,利用采用摄像头远程视频监控。 最后,控制方法上采用模糊控制技术来对实验系统的部分环节进行控制方式的设计研究并在Matlab中用simulink进行仿真。文中分别采用了一般模糊控制和参数自整定的模糊控制方式对实验系统中的液位和压力进行模糊控制。 该实验控制系统的设计组建,可以作为我们对水处理技术实验的平台,也为以后相关方面的技术应用起到了一定的研究作用。 【关键词】：PLC 组态 远程监控 模糊控制
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 引言10-14
• 1.1 水资源现状10-11
• 1.2 我国污水处理的发展现状和趋势11-12
• 1.2.1 水处理发展现状11
• 1.2.2 再生水回用11
• 1.2.3 存在的问题11-12
• 1.3 污水处理实验系统的组成12-13
• 1.4 本文的主要结构13-14
• 2 膜法水处理简介14-18
• 2.1 膜技术的基本概述14-16
• 2.1.1 膜的结构与分类14-15
• 2.1.2 膜组件的选择15-16
• 2.1.3 膜的选择16
• 2.2 膜生反应器简介和选型16-17
• 2.2.1 膜生物反应器介绍16
• 2.2.2 膜生物反应器选型16-17
• 2.2.3 典型MBR工艺流程17
• 2.3 本章小结17-18
• 3 污水处理实验系统整体方案设计18-22
• 3.1 污水处理实验系统功能分析18-20
• 3.1.1 水处理工艺设计依据和范围18-19
• 3.1.2 控制系统设计原则19
• 3.1.3 MBR工艺在实验系统中的应用19-20
• 3.2 污水处理实验系统结构设计20-21
• 3.3 本章小结21-22
• 4 现场控制系统设计22-34
• 4.1 PLC简介22-23
• 4.1.1 可编程控制器的定义22
• 4.1.2 可编程控制器的用途和特点22-23
• 4.2 PLC程序设计23-27
• 4.2.1 PLC控制功能分析23-24
• 4.2.2 PLC程序的编写24-27
• 4.3 组态介绍27-28
• 4.3.1 监控组态软件27-28
• 4.3.2 组态软件的特点及应用28
• 4.4 上位机程序设计28-33
• 4.4.1 设计主要功能和目的29
• 4.4.2 系统组态流程29-30
• 4.4.3 工程所需的变量30-31
• 4.4.4 PLC与组态软件的通讯31-32
• 4.4.5 组态完成界面32-33
• 4.5 本章小结33-34
• 5 远程监控系统设计34-41
• 5.1 远程监控技术34-36
• 5.1.1 远程监控的控制方式34-35
• 5.1.2 远程监控的分层35
• 5.1.3 远程监控在本实验中的意义35-36
• 5.2 C/S模式与B/S模式36-37
• 5.3 B/S模式远程监控的实现37-40
• 5.3.1 web发布37-39
• 5.3.2 网络学习平台的制作39-40
• 5.3.3 远程视频监控40
• 5.4 本章小结40-41
• 6 模糊控制设计与仿真41-56
• 6.1 模糊控制简介41-42
• 6.1.1 控制理论的发展41-42
• 6.1.2 模糊控制特点42
• 6.1.3 模糊控制的应用42
• 6.2 模糊控制系统42-45
• 6.2.1 模糊控制系统的结构和原理42-43
• 6.2.2 模糊控制器的结构及分类43-44
• 6.2.3 模糊PID控制器44-45
• 6.3 液位模糊控制设计与仿真45-48
• 6.3.1 控制设计要求与方案45
• 6.3.2 设计模糊语言变量45-46
• 6.3.3 控制器参数的确定46-47
• 6.3.4 模糊控制规则的设计47-48
• 6.3.5 仿真结果48
• 6.4 参数自调节恒压供水模糊控制48-55
• 6.4.1 PID控制理论48-50
• 6.4.2 参数自整定模糊PID的基本原则50
• 6.4.3 参数自整定系统设计50-52
• 6.4.4 模糊控制的PLC实现52-55
• 6.5 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-60
• 申请硕士学位期间发表的论文60-61
• 致谢61

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