基于BLOAK工艺的污水处理优化控制系统

【摘要】：我国是水资源相对缺乏的国家,同时又是水质污染大国。目前我国污水回用率很低,污水回用有着巨大潜力,而且提高污水回用率可大大缓解城市缺水现状。城镇供水的80%转化为污水,经收集处理后,其中70%可以再次循环使用。这意味着通过污水回用,可以在现有供水量不变的情况下,使城镇的可用水量增加50%以上,这是一笔巨大的资源。所以,实现水资源的可持续利用,以有限的、相对紧缺的水资源,保障和支持城市的可持续发展,是我们面临的严峻课题。本文从实际问题出发,以临清市污水处理厂为例,设计了污水处理自动监控系统。 临清市污水处理厂采用德国BLOAK污水处理工艺,日处理污水规模为3万吨。本系统以SIEMENS公司的PLC:S7-300作为数据采集及控制单元,对污水处理过程进行自动控制和自动调节,使处理后的水质指标达到要求的范围。在公司中央控制室发出上传指令时,将当前时刻运行过程中的主要工作参数(水质参数、流量、液位等)、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到中央控制室。根据工艺要求,系统共设了一个主站、三个子站、两个现地操作站。主站采用CPU型号为315-2DP,其带有一个PROFIBUS通讯口和一个MPI口;子站采用通用性较好的ET200M现场模块,用于现场数据的采集和设备控制;底层采用Profibus现场总线通讯方式,方便系统控制网络的建立和扩展。 本文介绍了临清市污水处理厂污水处理的工艺流程,以工艺流程为线索顺序介绍了系统的总体设计方案、PLC各站的设计、污水处理中的重要参数的监测、通信网络、各个站之间的数据通信和上位监控软件。 临清污水处理厂包括污水处理和污泥处理两个系统;污水处理系统现场有进水井、粗格栅间、沉砂池、提升泵房、细格栅间、曝气池、鼓风机房、二沉池、出水渠等,污泥处理现场有污泥泵房、污泥浓缩池、脱水机房、制药池以及加药设备等。 在本工艺中参与污水处理的是以好氧菌为主体的微生物,决定其处理效果的关键因素是生化池中的溶解氧浓度(DO)。因此,溶解氧浓度(DO)是污水处理过程中的主要影响因素,但是因为污水成分波动性比较大,所以同时又是控制难点,用一般的经典控制方法很难达到满意的效果。在对控制对象作了大量的研究,并结合平时污水处理对溶解氧(DO)的控制经验,采用模糊控制算法,通过控制鼓 【关键词】：可编程逻辑控制器 污水处理 现场总线 模糊控制 溶解氧
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符号说明12-13
• 第一章 前言13-16
• 1.1 国内污水处理现状13-14
• 1.2 本课题的目的以及所研究内容14-15
• 1.3 本课题的意义15-16
• 第二章 污水处理工艺简介16-22
• 2.1 城市污水的污染指标16-17
• 2.2 百乐克(BLOAK)工艺简介17-19
• 2.3 临清市污水处理自控系统简介19-22
• 第三章 系统总体方案设计22-26
• 3.1 设计思想22
• 3.2 系统结构图22-23
• 3.3 各单元功能描述23-26
• 3.3.1 中央控制级23
• 3.3.2 就地控制站23
• 3.3.3 分布式控制站23-25
• 3.3.4 现场控制柜25-26
• 第四章 自动监控系统硬件配置26-40
• 4.1 PLC1远程站26-30
• 4.1.1 进水井26
• 4.1.2 粗格栅26-27
• 4.1.3 沉砂池27
• 4.1.4 提升泵房27-28
• 4.1.5 细格栅28
• 4.1.6 PLC1站控制柜28-30
• 4.2 PLC远程站RIO1、RIO230-32
• 4.2.1 曝气池31
• 4.2.2 二沉池31-32
• 4.2.3 污泥泵房32
• 4.2.4 RIO1站控制柜32
• 4.2.5 RIO2站控制柜32
• 4.3 PLC2远程站32-34
• 4.3.1 污泥浓缩池33
• 4.3.2 污泥脱水机房33-34
• 4.3.3 药剂调制和添加设备34
• 4.3.4 PLC2站控制柜34
• 4.4 中央监控室34
• 4.5 数据通讯系统34-40
• 4.5.1 PROFIBUS-DP在临清污水项目的应用34-37
• 4.5.1.1 PROFIBUS总线介绍35
• 4.5.1.2 PROFIBUS总线分类35-36
• 4.5.1.3 PROFIBUS总线传输介质36
• 4.5.1.4 PROFIBUS-DP通信协议36-37
• 4.5.2 工业以太网在临清污水项目的应用37-40
• 4.5.2.1 以太网的工作原理38-39
• 4.5.2.2 以太网的传输协议39
• 4.5.2.3 以太网的传输介质39-40
• 第五章 自动监控系统软件设计40-63
• 5.1 PLC编程40-49
• 5.1.1 编程工具SIMATIC STEP7介绍40-43
• 5.1.1.1 编程设备40
• 5.1.1.2 编程软件介绍40-43
• 5.1.2 临清污水项目PLC软件设计43-49
• 5.1.2.1 硬件组态43-44
• 5.1.2.2 程序设计44-49
• 5.1.3 程序下载49
• 5.2 上位监控系统49-63
• 5.2.1 WinCC软件介绍49-54
• 5.2.1.1 WinCC的特点及优点49-50
• 5.2.1.2 WinCC的结构50
• 5.2.1.3 WinCC的组成部分50-54
• 5.2.2 临清污水项目WinCC组态设计54-63
• 5.2.2.1 对上位监控软件的要求54
• 5.2.2.2 工控软件的开发和运行环境54-55
• 5.2.2.3 WinCC监控画面设计55-59
• 5.2.2.4 监控系统运行方式59-63
• 第六章 污水处理模糊控制的研究63-85
• 6.1 模糊控制方法在污水处理中的应用63-65
• 6.1.1 模糊控制器的理论分析63-64
• 6.1.2 模糊控制系统简介64-65
• 6.2 模糊控制器的控制原理与设计65-67
• 6.3 被控制量的确定及其特性分析67-68
• 6.4 DO模糊控制系统的建立68-78
• 6.4.1 模糊控制器的设计68-78
• 6.4.1.1 输入模糊化69-71
• 6.4.1.2 模糊决策和模糊控制规则71-74
• 6.4.1.3 输出反模糊化74-77
• 6.4.1.4 模糊控制算法的PLC实现77-78
• 6.5 鼓风曝气系统78-85
• 6.5.1 鼓风曝气系统介绍78-81
• 6.5.1.1 鼓风机型号确定79-81
• 6.5.2 变频调速装置81-83
• 6.5.2.1 变频调速原理81-82
• 6.5.2.2 变频调速的节能分析82-83
• 6.5.3 溶解氧的测量83-85
• 第七章 结束语85-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 学位论文评阅及答辩情况表90

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