基于PROFIBUS现场总线的污水处理自动控制系统

【摘要】：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它是计算机技术、通信技术和控制技术高度综合与集成的产物，是一种开放式和分布式的新模式。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。 目前我国85％以上的污水未经处理直接排入水体，危害人民身体健康和工农业生产。因此，兴建现代化的污水处理厂已是刻不容缓。 本文分析了现场总线的现状及发展趋势，介绍了现场总线的网络结构和通信协议。从PROFIsafe主要特征通信原理、故障安全保护措施、报文结构等方面对PROFIBUS故障安全通信技术进行了探讨。以江西省某县城市污水处理厂计算机过程控制为背景，根据污水处理的工艺流程，提出了基于PROFIBUS现场总线的污水处理自动控制系统的实现方案，设计出污水处理厂自动控制系统图和PROFIBUS网络配置方案。针对污水处理过程中的难点——污水曝气过程控制的控制策略进行了研究，采用模糊控制策略，可以比较准确地反映污水水质的变化，合理控制曝气量，节省运行费用。 论文设计的基于PROFIBUS现场总线的污水处理自动控制系统，采用了国外先进的卡鲁塞尔氧化沟曝气工艺，摒弃了传统的A／O工艺、接触氧化工艺，应用PROFIBUS现场总线技术，实现了作为上位控制的工控机IPC、污水泵站PLC、曝气过程PLC、排泥系统PLC为主动站之间的通讯，以及上述主动站与作为从动站的污水泵站中的软起动器、曝气过程中的变频器、工艺应用中的智能传感器和外围I／O设备之间的通讯。 该项目2004年6月交付使用，经处理的出水水质达到设计排放要求，取得了较好的经济效益和社会效益。运行结果表明，该项目的研发具有较为重要的现实意义。 【关键词】：现场总线 PROFIBUS 曝气过程 模糊控制 PLC
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TP273.5
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-19
• 1．1 概述10-11
• 1．1．1 现场总线的概念10
• 1．1．2 现场总线的技术特征10-11
• 1．2 现场总线的优点11-12
• 1．3 典型现场总线简介12-15
• 1．3．1 基金会现场总线12
• 1．3．2 LonWorks12-13
• 1．3．3 PROFIBUS13-14
• 1．3．4 CAN14
• 1．3．5 HART14
• 1．3．6 RS-48514-15
• 1．4 现场总线技术展望与发展趋势15-16
• 1．5 污水处理厂自动化控制的意义16-17
• 1．6 本课题研究的目标及方案17-19
• 第2章 现场总线的网络结构及通信协议19-29
• 2．1 现场总线的网络结构19
• 2．2 现场总线的通信协议19-22
• 2．2．1 现场总线通信模型19-20
• 2．2．2 现场总线物理层20-21
• 2．2．3 现场总线的数据链路层21-22
• 2．2．4 现场总线通信协议特点22
• 2．3 PROFIBUS故障安全通信技术探讨22-29
• 2．3．1 PROFIsafe的主要特征23
• 2．3．2 通信原理：“Black Channel”和F-(Failsafe)层结构23-25
• 2．3．3 故障安全保护措施：附加的CRC是关键25-27
• 2．3．4 F-报文结构27
• 2．3．5 SIL-监视器(Monitor)的机理及其作用27-28
• 2．3．6 F-控制系统对F-从站的支持通过FDT／DTM28-29
• 第3章 污水处理工艺流程及其自动控制29-44
• 3．1 江西某县城市污水处理厂工程背景29-30
• 3．1．1 城市概况29
• 3．1．2 城市供水现状29-30
• 3．1．3 污水处理厂建设规模30
• 3．1．4 污水水质及处理程度的确定30
• 3．2 污水处理的工艺流程30-34
• 3．3 实现污水处理自动控制的技术背景34-35
• 3．4 基于现场总线的集散式计算机控制系统(FDCS)综述35-39
• 3．4．1 FDCS与DCS、FCS的结构比较36-37
• 3．4．2 基于FDCS的现场控制器的设计37-39
• 3．5 国内外污水处理厂自动控制技术研究现状39-41
• 3．6 污水处理控制技术的难点41
• 3．7 污水处理厂污水处理自动控制系统方案41-43
• 3．8 小结43-44
• 第4章 基于PROFIBUS现场总线的污水处理自动控制系统44-65
• 4．1 污水处理厂PROFIBUS现场总线网络的设计44-53
• 4．1．1 污水处理厂网络选择44-46
• 4．1．2 PROFIBUS体系结构46-49
• 4．1．3 污水处理厂PROFIBUS网络配置49-52
• 4．1．4 污水处理厂网络通信软件设计52-53
• 4．2 污水曝气过程控制策略的研究及仿真53-63
• 4．2．1 曝气过程控制参数选择53-55
• 4．2．2 污水曝气一般控制策略55-63
• 4．2．2．1 曝气过程仿真模型的建立55-56
• 4．2．2．2 PID控制56-57
• 4．2．2．3 SMITH预估控制57-59
• 4．2．2．4 模糊控制59-63
• 4．2．2．5 控制策略比较63
• 4．3 实际系统运行情况63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-69
• 致谢69-70
• 附录A70-71
• 附录B71

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