污水处理控制系统的研究与设计

发布时间：2017-05-09 13:00

  本文关键词：污水处理控制系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着中国经济的快速发展,水资源污染问题成为我们不得不面对的重大问题,尤其是如何处理生活污水已经是我们日常生活的重中之重。虽然传统污水处理方法能在一定程度上解决水污染问题,但效果并没有想象中的那么好。因此本文所研究的主要内容是如何在传统污水处理技术基础上,引入新的控制方法,提高生活污水处理水平。本文所设计的污水处理控制系统主体由S7-300 PLC CPU315(主站)、S7-200 PLC CPU226(从站)、WINCC上位机、触摸屏TP177等组成。S7-200 PLC的EM235模拟量输入/输出扩展模块获取溶氧仪检测到溶解氧(DO)浓度值,并利用通讯模块EM277将数据传送到主站S7-300 PLC中,然后通过模糊推理运算,经CPU实现自适应模糊PID控制。S7-300 PLC通过PROFBUS-DP总线传送命令给S7-200 PLC,S7-200 PLC根据接受到的命令做出回应,即通过EM232模拟量输出扩展模块输出4~20mA信号,控制变频器,通过改变变频器的频率来调节罗茨风机转速,从而实现对溶解氧浓度的实时精确控制,并将罗茨风机的工作状态和任务执行情况返回给上位机,最终完成对污水处理控制系统的实时在线监控。污水处理的过程比较复杂,在这个过程中,有很多反映水污染指标的参数,往往是选用易于判断水质是否合格的参数,本文则是选取相对比较容易控制的DO浓度值作为被控对象。DO浓度控制系统具有典型的非线性、大滞后、时变性等特点,我们采用常规PID控制要想达到较好的控制效果是相当困难的。因此,为了能够将控制效果大幅度提升,本系统加入了新的智能算法—模糊控制算法,将该算法与传统PID控制器相结合,形成一种混合的智能控制器,即运用模糊自适应PID控制策略来对DO浓度进行控制。根据仿真结果及实际应用得出这样的结论:它不仅可以显著降低系统运行过程中的超调量,还能够明显加快响应速度,提高其稳定性,且基本无超调波动,鲁棒性较好,这是常规PID控制所不能具备的特点。而且,与传统PID控制相比,参数自适应模糊PID控制最重要的一个优点是:在满足控制系统基本要求的前提下,采用这种控制方法,溶解氧浓度控制系统的过渡时间大大减短了,从而大大提高了工作效率。
【关键词】：可编程逻辑控制器 参数自适应模糊PID控制 溶解氧浓度 上位机监控系统
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TP273
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外污水处理研究现状10-11
• 1.2.1 国外污水处理研究现状10
• 1.2.2 国内污水处理研究现状10-11
• 1.3 本课题研究内容及意义11-12
• 1.3.1 课题研究的内容11-12
• 1.3.2 课题研究的意义12
• 1.4 本文章节安排12-14
• 第2章 污水处理系统工艺14-18
• 2.1 污水生物处理的种类14
• 2.2 活性污泥法的基本工艺14-18
• 2.2.1 活性污泥法的基本概念14-15
• 2.2.2 活性污泥系统的组成15-16
• 2.2.3 活性污泥系统的工艺参数16
• 2.2.4 氧化沟污水生物处理工艺16
• 2.2.5 影响活性污泥法处理污水的重要因素—溶解氧含量16-18
• 第3章 控制算法的研究与实现18-34
• 3.1 智能控制方法的选择18
• 3.2 模糊自适应PID相关理论18-21
• 3.2.1 PID控制19
• 3.2.2 模糊控制19-20
• 3.2.3 模糊自适应PID控制20-21
• 3.3 污水处理控制对象分析及模型建立21-23
• 3.3.1 控制对象分析21-22
• 3.3.2 控制对象模型建立22-23
• 3.4 模糊自适应PID控制器设计23-29
• 3.4.1 模糊控制器结构设计23
• 3.4.2 模糊控制器的模糊语言变量设计23-24
• 3.4.3 语言值选择及隶属函数设计24-27
• 3.4.4 模糊规则集的设定27-29
• 3.4.5 确定量化因子29
• 3.5 溶解氧浓度系统MATLAB动态仿真29-34
• 3.5.1 Simulink简单介绍29-30
• 3.5.2 系统Simulink模型的建立与仿真分析30-34
• 第4章 污水处理控制系统的总体设计34-49
• 4.1 系统的功能和结构34-35
• 4.2 控制系统的硬件设计35-40
• 4.2.1 系统硬件的设计原则35
• 4.2.2 PLC控制器的选择35-36
• 4.2.3 主要控制设备的选择36-38
• 4.2.4 主要硬件设备明细38-39
• 4.2.5 I/O口分配39-40
• 4.3 控制系统的软件设计40-44
• 4.3.1 控制系统的软件设计方案40-41
• 4.3.2 SIMATIC S7 PLC与上位机Win CC的MPI通信41-43
• 4.3.3 S7-200 PLC与S7-300 PLC之间的通讯43-44
• 4.4 模糊PID控制规则的PLC实现44-49
• 第5章 污水处理组态画面设计49-58
• 5.1 组态软件简介49-50
• 5.1.1 概述49
• 5.1.2 组态软件的功能及发展趋势49-50
• 5.2 触摸屏简介50
• 5.3 WinCC概述50-51
• 5.3.1 WinCC简介50
• 5.3.2 WinCC的基本功能50-51
• 5.4 触摸屏组态画面设计51-53
• 5.5 WinCC监控界面设计53-58
• 5.5.1 WinCC监控界面组成53-55
• 5.5.2 上位机监控系统的设计实现55-58
• 第6章 总结与展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文64

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王正方,张庆,吕海燕,卢勇,扈传昱,曾江宁;长江口溶解氧赤潮预报简易模式[J];海洋学报(中文版);2000年04期

2 范昕炜,杜树新,吴铁军;几种溶解氧浓度控制方法的比较[J];中国给水排水;2003年09期

3 李玉兰;;溶解氧评价方法探讨[J];治淮;2006年04期

4 林开建;郑庆键;;溶解氧浓度对多粘菌素发酵影响的研究[J];化学工程与装备;2007年01期

5 陈永灿;付健;刘昭伟;程香菊;朱德军;;三峡大坝下游溶解氧变化特性及影响因素分析[J];水科学进展;2009年04期

6 魏德孚;吕俊民;赵淑珍;杨桂芳;贺顺明;;水中微量溶解氧的连续分析(上)[J];化工自动化及仪表;1980年10期

7 崔明;;酿酒文摘[国内期刊(21)][J];酿酒;1992年02期

8 郜洪文;;溶解氧碘量分析预处理研究[J];鹤城环境;1992年01期

9 丁秋梅,杨和文;优化溶解氧浓度提高苏云金杆菌发酵水平[J];湖北农业科学;1993年12期

10 孙国凤;;用固定化酶去除溶解氧保持饮料的品质[J];生物技术通报;1993年06期

中国重要会议论文全文数据库 前7条

1 韩广;乔俊飞;;一种基于神经网络的溶解氧浓度建模与控制方法研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

2 罗玮;朱丽华;M.E.Abbas;唐和清;;亚铁配合物催化活化氧气-荧光法测定环境水样中溶解氧[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年

3 张素香;;长江口溶解氧(DO)分布特征研究[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年

4 李万东;刘载文;王小艺;许继平;齐杰;连晓峰;;基于模糊Smith-PID的污水处理溶解氧控制方法研究[A];PCC2009—第20届中国过程控制会议论文集[C];2009年

5 黄升;万众华;;在线溶解氧在污水处理厂中参与曝气量控制的作用[A];2007年全国给水排水技术信息网成立三十五周年纪念专集暨年会论文集[C];2007年

6 张英龙;胡金良;;促进废水中Fe~(2+)的氧化 提高出水水质[A];2008年河北省轧钢技术与学术年会论文集（上）[C];2008年

7 朱练峰;禹盛苗;刘法谋;张均华;金千瑜;;根际氧浓度对水稻产量和后期衰老的影响[A];中国作物学会50周年庆祝会暨2011年学术年会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 本报记者　 尤海峰;代市长察看“母亲河”[N];温州日报;2006年

2 王丰祥 黄慧琴;日本利用钢渣降低内海水域中的硫化物[N];世界金属导报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 李祥安;长江口富营养化水域营养盐输送通量与低氧区形成特征研究[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2010年

2 徐晓龙;新型溶解氧检测仪探头的研制[D];中国科学技术大学;2010年

3 黄健光;炼油碱水预处理工艺的试验与数值模拟研究[D];华南理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张雍涛;基于自适应模糊广义预测控制的污水溶解氧浓度控制研究[D];华南理工大学;2015年

2 郭永超;化工企业污水处理智能控制[D];江苏科技大学;2015年

3 李明;结冰湖泊冰下溶解氧浓度变化的离散小波分析[D];大连理工大学;2015年

4 解磊;青岛浮山前分层小水库溶解氧时空变化特征[D];青岛大学;2015年

5 赵子仪;面向海洋环境的溶解氧检测系统及有效性审核模型研究[D];浙江工业大学;2015年

6 周国婧;污水生物脱氮硝化过程的模型与优化调控[D];扬州大学;2014年

7 夏昆榕;无坝引水工程水流溶解氧与水利特征的模型试验研究[D];河北工程大学;2015年

8 吕蕾;基于西门子PLC的污水处理自动控制及算法研究[D];东华大学;2016年

9 胡维维;污水处理控制系统的研究与设计[D];天津职业技术师范大学;2016年

10 杨斌;长江河口南支水域溶解氧动力学数值模型的应用[D];中国海洋大学;2003年

  本文关键词：污水处理控制系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：352511