基于PLC的模糊PID算法在城市污水處理控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

1、密級：編號：！桂林理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文基于的模糊算法在城市污水處理控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究專業(yè)：檢測技術(shù)與自動化裝置研究方向：制造過程檢測與控制技術(shù)研究生：宋青指導(dǎo)教師：王文成副教授論文起止日期：年月至年月：，研究生學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明和版權(quán)使用授權(quán)書獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者（簽字）：抽簽字日期：叢！壘國！國學(xué)位論文版

2、權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解（學(xué)校）有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的印刷本和電子版本，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)（學(xué)校）可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同時授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù)。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）本論文是否保密：是否如需保密，保密期限為：學(xué)位論文作者簽名：甥裔簽字日期：導(dǎo)師簽字：侶簽字日期：韌年易月日偽年月口日摘要水資源問題是當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展最突出的問題之一。為適

3、應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平不斷提高的要求，興建自動化程度高的城市污水處理廠已刻不容緩。污水處理過程是一種典型的復(fù)雜動態(tài)生物反應(yīng)工程系統(tǒng)，具有非線性、時變性、隨機(jī)性和不確定性等特點(diǎn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。其中對于污水處理系統(tǒng)中的中心環(huán)節(jié)一曝氣過程控制，是急于解決的主要問題。本文針對廣西某污水處理廠的污水處理項(xiàng)目，設(shè)計了一套包括現(xiàn)場控制層、顯示操作層和遠(yuǎn)程信息監(jiān)視層的自動控制系統(tǒng)。污水處理工藝采用改良活性污泥法一一（連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)工藝），控制系統(tǒng)采用西門子作為主控器，以為軟件開發(fā)環(huán)境?？刂瞥绦虿捎媚K化結(jié)構(gòu)，提出了一種針對工藝的新的程序設(shè)計思路。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用北京亞控公司研發(fā)的組態(tài)軟件來開發(fā)

4、人機(jī)界面，以實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控和控制。最后整個系統(tǒng)利用先進(jìn)的以太網(wǎng)通訊技術(shù)構(gòu)建了一個管理和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，所設(shè)計的系統(tǒng)既著眼于污水處理設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又著眼于控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理和通訊質(zhì)量，有效的提高了污水處理控制系統(tǒng)的處理效率。由于污水處理系統(tǒng)在溶解氧控制環(huán)節(jié)中工藝流程復(fù)雜，具有大滯后性和非線性的特點(diǎn)。在控制算法上，設(shè)計了模糊控制器，是一種將模糊控制和控制結(jié)合起來，使之既具有模糊控制快速、靈活而適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，又具有控制精度高的特點(diǎn)的控制器。在項(xiàng)目應(yīng)用中，闡述了如何將模糊控制器在西門子中實(shí)現(xiàn)的方法，以及在編程軟件中編制程序?qū)崿F(xiàn)模糊控制功能的步驟。通過調(diào)試論證了：采用模糊控制方法能明顯的消除

5、積分飽和，很大程度上減小超調(diào)量，參數(shù)間影響減小，并且參數(shù)相對容易整定，提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)，有效的協(xié)調(diào)快速性與超調(diào)量之間的矛盾，使系統(tǒng)適應(yīng)能力有所提高，且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、靈敏性、快速性、魯棒性等優(yōu)點(diǎn)，提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力?，F(xiàn)已投入生產(chǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工作良好。關(guān)鍵詞：污水處理，模糊控制器，組態(tài)王。，一，（），謝，【，：，曲，曲一，：，目錄摘要目錄第一章緒論研究背景及意義。國外污水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r國內(nèi)污水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r本文的主要內(nèi)容第二章基于的污水處理工藝介紹污水處理廠的主要任務(wù)及其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)藝簡介工藝的基本原理工藝的組成及運(yùn)行過程工藝的組成一池的運(yùn)行過程一工藝的特點(diǎn)工藝的

6、優(yōu)點(diǎn)工藝的缺點(diǎn)工藝運(yùn)行結(jié)果分析工藝自動控制的意義第三章模糊控鍘器在溶解氧控銅中的應(yīng)用溶解氧控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其分析模糊在溶解氧控制中的意義溶解氧控制系統(tǒng)溶解氧模糊控制器原理模糊控制器的設(shè)計輸入及輸出模糊化一模糊推理過程輸出量精確化過程系統(tǒng)控制性能試驗(yàn)結(jié)果第四章自控系統(tǒng)總體方案設(shè)計廣西某污水處理廠的工藝流程一控制系統(tǒng)的設(shè)計要求控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的組成?？刂葡到y(tǒng)的硬件設(shè)計中央監(jiān)控竄的組成各控制分站的組成簡介系統(tǒng)組成預(yù)處理了站（）鼓風(fēng)機(jī)子站（）一池子站（）過程儀表的選擇觸摸屏西門子系列編程軟件一編程軟件簡介控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一第五章控制系統(tǒng)軟件開發(fā)程序的開發(fā)溶

7、解氧控制系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)的程序框架模糊推理子程序的設(shè)計與研究控制程序粗格柵間程序控制系統(tǒng)污水提升泵房程序控制系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)組態(tài)王軟件監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)及其控制要求監(jiān)控系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計定義硬件設(shè)備并添加工程變量動畫連接及其實(shí)現(xiàn)。畫面設(shè)計運(yùn)行與調(diào)試一第六章工作總結(jié)與展望。所做的工作總結(jié)。展望改謝參考文獻(xiàn)錄個人簡介桂林理：大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論研究背景及意義隨著現(xiàn)代、城市化的飛速發(fā)展和人口的持續(xù)增長，水需要量在不斷增大，城市排放的工業(yè)廢水和生活污水也相應(yīng)增加。污水不經(jīng)過處理直接排入水體，會造成嚴(yán)重的水體污染，危害生態(tài)環(huán)境、人體健康甚至影響人們的正常生活。

8、可利用的水資源有限和城市周圍水源污染等因素使得水資源缺乏和水體污染已經(jīng)成為各國面臨的重要問題之一，并已經(jīng)成為嚴(yán)重制約社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的突出問題，迫切需要加以解決。長期以來，自來水作為飲用水水質(zhì)是安全的，但現(xiàn)在水質(zhì)中不斷出現(xiàn)一些不安全的因素，其中有部分病原體、化學(xué)物質(zhì)。據(jù)近幾年的報道，在水中檢測出來的有害物質(zhì)已經(jīng)從多種上升為中。水污染已經(jīng)引起了世界各國的重視。我國政府對水污染也非常重視，目前我國城市經(jīng)處理排放的城市污水不到，為減少污染，緩解水資源不足給城市供水帶來的壓力，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展和建設(shè)城市污水處理廠，并將其作為今后一段時間內(nèi)基本建設(shè)投資的重點(diǎn)，以提高污水的凈化率。城市污水處理系統(tǒng)的社會效益

9、巨大，但運(yùn)行成本高且經(jīng)濟(jì)效益差。城市污水處理過程復(fù)雜，具有連續(xù)生產(chǎn)、參數(shù)檢測困難、非線性、間歇性、大滯后、干擾多等特點(diǎn)。另外，污水處理工藝的不斷改進(jìn)是污水處理過程越來越煩瑣、越來越復(fù)雜，原來操作人員的手動控制已經(jīng)無法滿足污水處理發(fā)展的要求。為了讓污水處理成果有效地實(shí)現(xiàn)，將自動控制技術(shù)應(yīng)用于污水處理中以提高污水處理的自動化水平更成為污水處理中的關(guān)鍵問題。我們知道，經(jīng)典控制理論（控制）對相當(dāng)多的工業(yè)控制對象，特別是對于線性定常系統(tǒng)的控制是非常有效地。但是在控制中對三個參數(shù)的實(shí)時調(diào)整還是十分困難的，在實(shí)際的控制項(xiàng)目中，對于某些非線性、時變的復(fù)雜被控對象和難以建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，其參數(shù)不是整定非常困難

10、就是根本無法整定，因此僅僅靠傳統(tǒng)的控制理論和方法無法達(dá)到令人滿意的控制效果。對這類問題的處理，近年來，提出了許多新型的控制方法，模糊控制就是其中之一。采用模糊邏輯把人的控制經(jīng)驗(yàn)歸納為用定性描述的一組條件語句，然后利用模糊集理論，將其定量化，使控制器得以接受人的經(jīng)驗(yàn)、模仿人的操作策略，這就形成了所謂的模糊控制器。污水處理過程是一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，且具有非線性、不穩(wěn)定性、間歇性、大時變、大滯后等特點(diǎn)。對于需要人工不斷調(diào)整參數(shù)的傳統(tǒng)控制已經(jīng)不能適應(yīng)各種條件的變化，將模糊控制運(yùn)用到參數(shù)整定中，不僅可以節(jié)約勞動成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，而且極大地提高了污水的處理效果，對于污水處理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。不僅如此，

11、在處理過程中用計算機(jī)代替工人操作，減少事故，保證安全，降低勞動強(qiáng)度，節(jié)約人力，甚至可以完成許多人工難以完成的任務(wù)，提高生產(chǎn)的可靠性。提高了管理水平和勞動生桂林理大學(xué)碩十學(xué)位論文產(chǎn)率，合理使用和配置處理設(shè)備，降低了能耗和藥耗，處理效果也得到了保證。計算機(jī)控制技術(shù)和費(fèi)用不高于一般的儀表控制，所需保養(yǎng)工作也比一般儀表少。污水處理廠自動控制系統(tǒng)對污水處理廠的工藝過程實(shí)行分散控制，集中調(diào)度。確保出水水質(zhì)的穩(wěn)定，從而提高整個污水處理廠的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。國外污水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r國外的一些發(fā)達(dá)國家在研究水處理新理論和工藝的同時，也重視污水處理自控系統(tǒng)的研究，成功地解決了來自于城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問題

12、。在二級處理普及以后投入大量資金和科研力量加強(qiáng)污水處理設(shè)施的監(jiān)測、運(yùn)行和管理，實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)控制、報警、計算和瞬時記錄，污水處理廠自動控制水平迅速提高。國外污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下特點(diǎn)。污水處理控制技術(shù)廣泛的采用了或及現(xiàn)場總線等先進(jìn)自動化技術(shù)進(jìn)行控制，有較高的自動化水平和科技含量。大量采用在線監(jiān)測的水質(zhì)分析儀表，對全廠的水質(zhì)實(shí)行實(shí)時監(jiān)測，并有上位機(jī)記錄下來，提高了測量精度。生產(chǎn)過程中不同程度上采了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動的調(diào)整相應(yīng)的控制方式。大量采用遙測、遙控設(shè)備，并開始有效地利用社會信息資源，如電話網(wǎng)絡(luò)、移動電話網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)氣象信息等。美國在世紀(jì)年代中期開始實(shí)現(xiàn)了工藝流程

13、中主要參數(shù)的自動測試和控制。年代以來在美國召開兩次水處理儀器和自動化的國際學(xué)術(shù)會議，會上發(fā)表的數(shù)百篇論文反映扯水處理自動化已發(fā)展到實(shí)用水平。歐美國家一些城市污水處理廠已經(jīng)用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和運(yùn)行過程控制，甚至實(shí)現(xiàn)全自動化無人值守控制模式。如美國愛阿華水廠，在年代初開始研究微機(jī)自動控制水廠頭家藥劑，年應(yīng)用直接數(shù)字式計算機(jī)控制自動加礬，運(yùn)轉(zhuǎn)一年就降低礬耗，并且提高了管理水平，穩(wěn)定了水質(zhì)。此外，前蘇聯(lián)莫斯科水廠、日本東京朝霞水廠等也先后采用計算機(jī)自動控制，取得了較理想效果。現(xiàn)在許多美國大中型水廠均有一套集散型的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。在廠區(qū)范圍內(nèi)設(shè)有若干臺現(xiàn)場計算機(jī)，對整個水處理過程實(shí)現(xiàn)多環(huán)路控制，

14、其中包括沉淀、過濾及反沖洗、臭氧處理、化學(xué)藥劑投放、泵房等。設(shè)在中心控制室的計算機(jī)主機(jī)從各個現(xiàn)場計算機(jī)中收集數(shù)，并提供圖表顯示、曲線、各個設(shè)備動作記錄、設(shè)備故障報警等。在自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，每一個自動控制過程都可切換成手動控制。同時國外較早的將（）技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。國外同時注重水處理中的開發(fā)，卡繼研制出一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如公司的系列、的系夕、的系列；同時國外也很重視在線儀表的研制，紛紛投資研究開發(fā)高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動化控制儀表，如德國公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧、化學(xué)需氧量分析儀。這些水處理設(shè)備自桂林理大

15、學(xué)碩。：學(xué)位論文動化程度、智能化程度相當(dāng)高，能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了令人滿意的水處理效果。國內(nèi)污水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r我國的工業(yè)污染十分嚴(yán)重，早已引起了國家的重視，因此將環(huán)境保護(hù)列為我國的基本國策。解放初期由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步，當(dāng)時的水污染程度較低，且提倡利用污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為經(jīng)驗(yàn)推廣等，如著名的沈撫灌渠等，致使污水處理技術(shù)和管理水平處于較落后的狀態(tài)。世紀(jì)年代開始采用熱工儀表，實(shí)行集中巡檢；年代應(yīng)用分析儀表和系統(tǒng)；我國建設(shè)的天津市紀(jì)莊子污水處理廠，在年破土動工，年月日竣工投產(chǎn)運(yùn)行，處理規(guī)模為，是我國第一座大型城市污水處理廠，而且投產(chǎn)運(yùn)行后多年來均達(dá)到設(shè)計出

16、水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使受污染的河水重新變?yōu)榍宄旱暮恿?，它的建設(shè)彌補(bǔ)了我國大型污水處理廠的空白。并且根據(jù)它的成功建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，山西、河北、江蘇、浙江、湖北、湖南、北京、上海、廣東、廣西、陜西、等省市根據(jù)各自的具體情況分別建設(shè)了不同規(guī)模的污水處理廠。至年代，隨著一大批大型污水處理廠的相繼投入運(yùn)行，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動化水平有了很大提高。自動化系統(tǒng)在污水處理過程中所發(fā)揮的重要作用也逐漸被認(rèn)知，并受到普遍重視。我國許多污水處理廠也開始采用和方式進(jìn)行控制，并取得了較好的效果，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)也出具得到應(yīng)用。目前國內(nèi)許多高校和研究機(jī)構(gòu)都在致力于污水處理工藝和自動控制方面的研究，并取得了顯著的成果。從近幾年環(huán)保治

17、理上看，我國的環(huán)保理論、處理工藝與國外的差距并不大，差距比較大的是管理經(jīng)驗(yàn)、環(huán)保單位設(shè)備和自動控制系統(tǒng)。目前，我國污水處理廠自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀是手動與自動皆備，自制和引進(jìn)并舉。其控制水平大體可以分為個層次：手動操作：這種方式投資少、容易實(shí)現(xiàn)，主要應(yīng)用在一些小型污水處理廠。通常采用常規(guī)的現(xiàn)場儀器儀表對污水處理過程中的流量、液位、溫度、濁度、壓力等性能指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)和污水處理的控制要求，操作人員通過現(xiàn)場控制柜來控制主要設(shè)備的運(yùn)行，如各種閥門的開關(guān)、設(shè)備的啟停、變頻器頻率的調(diào)節(jié)等。但是這種方式完全由人控制，調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行往往比較慢，而且勞動強(qiáng)度大，不僅容易發(fā)生錯誤，而且設(shè)備和裝置

18、的參數(shù)得不到可靠的保證，運(yùn)行狀態(tài)也達(dá)不到最佳效果。半自動控制：這種方式較多應(yīng)用在國內(nèi)中、小型污水處理廠。主要通過現(xiàn)場儀器儀表將采集到的數(shù)據(jù)和部分過程變量送入中央控制室，上位機(jī)操作人員可以通過模擬顯示屏或上位機(jī)查看采集到的各種數(shù)據(jù)，如流量、液位、溫度、濁度（）、生物需氧量、化學(xué)需氧量（）等性能指標(biāo)以及一些控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等，而且還可以在操作臺或模擬屏上遙控部分設(shè)備的開關(guān)或啟停，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)測和控制。但是有些設(shè)備的控制仍需要聯(lián)系現(xiàn)場操作人員進(jìn)行現(xiàn)場控制操作，需要人工頻繁干預(yù)并且人工記桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文錄生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)，采用這種方式存在人為聯(lián)系的延時，造成出水水質(zhì)穩(wěn)定性較差，工人的勞動強(qiáng)

19、度也較大。全自動控制：這種方式是目前自動控制的發(fā)展方向，主要應(yīng)用在一些大型污水處理廠。是一種采用多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與計算機(jī)技術(shù)對污水處理的全過程進(jìn)行無人值守全自動控制。污水處理過程中的各種信號不僅可以通過計算機(jī)或顯示屏進(jìn)行實(shí)時顯示和監(jiān)控，并且通過相應(yīng)的變送器送入下位機(jī)控制單元，一般采用可靠的，在無人干預(yù)下可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的先進(jìn)控制算法，對現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時控制。這種控制方式主要是一些大型的污水處理廠或借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)自行設(shè)計開發(fā)，或者利用國外貸款的一些優(yōu)惠政策和國內(nèi)政府投資等，成套引進(jìn)國外污水處理先進(jìn)的儀器儀表、工藝設(shè)備、自動控制系統(tǒng)以及先進(jìn)的控制技術(shù)等。由于引進(jìn)的設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、配套性好

20、，并且具有高度自動化等特點(diǎn)，因此系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，能夠連續(xù)安全運(yùn)行，并且出水水質(zhì)也能達(dá)到令人滿意的效果。本文的主要內(nèi)容本文以我校承擔(dān)的污水處理項(xiàng)目為背景，結(jié)合基于的污水處理工藝，利用先進(jìn)的污水處理技術(shù)，將模糊控制器引入污水處理的控制系統(tǒng)中，介紹了系統(tǒng)開發(fā)的全過程，包括控制系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和下位機(jī)的設(shè)計。整個控制系統(tǒng)由各類傳感變送器、系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及相關(guān)上、下位機(jī)控制和管理軟件組成。本文主要內(nèi)容如下：第一章為本文的緒論部分，主要介紹了污水處理的研究背景及意義，國內(nèi)外污水處理廠自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r。第二章介紹了基于的污水處理系統(tǒng)工藝第三章介紹了模糊控制器在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

21、。主要包括模糊控制系統(tǒng)的組成、原理，詳細(xì)論述了模糊控制器的設(shè)計過程。第四章介紹了自控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和技術(shù)要求，主要內(nèi)容包括自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、組成以及硬件系統(tǒng)的設(shè)計等。第五章介紹了自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計。完成自控系統(tǒng)程序設(shè)計，主要包括污水處理過程中主要環(huán)節(jié)的程序設(shè)計方案。重點(diǎn)介紹了中如何設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)溶解氧系統(tǒng)的模糊控制。并且應(yīng)用組態(tài)王軟件，完成監(jiān)控界面的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對主要工藝數(shù)據(jù)和各種設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并對污水處理的主要設(shè)備進(jìn)行在線控制。第六章對本文設(shè)計的污水處理控制系統(tǒng)作了總結(jié)，并對以后的研究進(jìn)行了展望。第二章基于的污水處理工藝介紹污水處理廠的主要任務(wù)及其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)污水處理廠的主要任務(wù)就

22、是利用各種設(shè)施、設(shè)備和工藝技術(shù)，將污水中所含的污染物質(zhì)從水中分離去除，使有害的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)或有用的物質(zhì)，水得到凈化，并使資源得到充分利用。按污水處理的程度可分為一級、二級、三級處理。污水所含有的污染物隨著污水的來源的不同而千差萬別，可以通過檢測和分析定性、定量地確定污水的水質(zhì)。概括起來說，反映污水水質(zhì)的指標(biāo)可以分為物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)和生物指標(biāo)三大類。物理指標(biāo)一般分為溫度、色度、嗅和味、固體物質(zhì)。水中所有殘渣的總和稱為總固體（），總固體包括溶解性物質(zhì)（）和懸浮固體物質(zhì)（）。溶解性固體表示水中鹽類物質(zhì)的含量，懸浮固體表示水中不溶性固態(tài)物質(zhì)的量，揮發(fā)性固體則表示不溶性有機(jī)物的含量。化學(xué)指標(biāo)包

23、括有機(jī)物指標(biāo)、無機(jī)物指標(biāo)、生物指標(biāo)。污水中有機(jī)污染物組成復(fù)雜，一般很難測定各種有機(jī)物的含量。由于有機(jī)污染物的主要危害是消耗水中的溶解氧，因此在實(shí)際工作中一般采用生物化學(xué)需氧量（）、化學(xué)需氧量（）、總有機(jī)含碳（）、總耗氧量（）等指標(biāo)來反映水中需氧有機(jī)物的含量。污水中的無機(jī)性指標(biāo)包括植物元素（或富營養(yǎng)化物質(zhì)）、值、重金屬離子等。生物指標(biāo)有兩個，即細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群數(shù)。污水中的細(xì)菌總數(shù)反映了污水受細(xì)菌污染的程度，但細(xì)菌總數(shù)不能說明污染的來源，必須結(jié)合大腸群數(shù)來判斷水體污染的來源和安全程度，大腸菌群數(shù)的值可表明水體被糞便污染的程度，可間接反映污水中有無腸道病菌存在的可能性。根據(jù)污水廠進(jìn)水水質(zhì)及確定的污

24、水廠出水水質(zhì)指標(biāo)，采用工藝污水處理控制系統(tǒng)，工程要求出水水質(zhì)滿足污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（）二級排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計日處理能力一期為萬噸。進(jìn)、出水相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對比表如下表所示：表進(jìn)、出水相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對比表項(xiàng)目（）（懸浮物（）氨氮（）動植物油（）值進(jìn)水出水（棒林理：大學(xué)碩七學(xué)位論文工藝簡介工藝，即連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)工藝（），是一種連續(xù)進(jìn)水式曝氣系統(tǒng)。是在（）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種污水處理工藝，是的一種變型。與傳統(tǒng)法不同之處在于設(shè)置了多座池子，盡管單座池子為間歇操作運(yùn)行，但整個過程為連續(xù)進(jìn)出水。年，教授根據(jù)連續(xù)進(jìn)水間歇運(yùn)行的氧化溝工藝，開始著手研究和開發(fā)可變?nèi)莘e活性污泥法。年，他又根據(jù)污泥活性組成和污泥呼吸速率以及

25、基質(zhì)去除和污泥負(fù)荷的試驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系，從而利用活性污泥基質(zhì)積累再生原理，將序批式活性污泥法和生物選擇器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合開發(fā)成功了循環(huán)式活性污泥法（）。并于和年，這項(xiàng)研究（）在美國和加拿大取得了專利。工藝是工藝及工藝的一種改良更新。工藝更以其投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效率高，特別是優(yōu)異的脫氮除磷功能得到廣泛的重視，最初多應(yīng)用于中小型規(guī)模水廠，以減少投資風(fēng)險。但隨著工藝自動化水平的不斷提高及其設(shè)備不斷完善，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)廢水和城市污水的處理中。至今采用該工藝的污水處理廠在美國、加拿大、澳大利亞等國已建有多家。我國北京、上海、昆明等地也相繼應(yīng)用該工藝處理工業(yè)廢水及生活污水。目前全世界還有多座污水

26、處理廠正在運(yùn)行或建造中舊。工藝的基本原理每個池前端進(jìn)水區(qū)一般都設(shè)置有生物選擇區(qū)，根據(jù)活性污泥菌群的生物反應(yīng)動力學(xué)原理以及活性污泥基質(zhì)積累理論，在生物選擇區(qū)中可以進(jìn)行菌群的基質(zhì)積累和再生過程，同時有效地除去污水中容易降解的溶解性有機(jī)物，同時，促進(jìn)系統(tǒng)中絮凝性細(xì)菌的生長。也就是說，污水中的活性污泥在生物選擇區(qū)中經(jīng)歷一個高負(fù)荷的基質(zhì)積累階段，之后在主反應(yīng)區(qū)中又經(jīng)歷一個較低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段，最后完成污泥再生和整個基質(zhì)降解的全過程。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化過程。首先，一的硝化（氧化）是在微生物絮體外面進(jìn)行的，而反硝化過程是在微生物的絮體內(nèi)進(jìn)行的，這是由于微生物絮體中的異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌分布不均勻造成的。

27、運(yùn)行時，通過控制曝氣強(qiáng)度使主反應(yīng)池中溶解氧含量（）保持在左右，使微生物絮體內(nèi)部處于缺氧狀態(tài)，反應(yīng)池內(nèi)的污水處于耗氧狀態(tài)，溶解氧難以進(jìn)入微生物絮體內(nèi)，而較高濃度的硝酸鹽（）離子可進(jìn)入絮體內(nèi)部，從而有效地進(jìn)行反硝化反應(yīng)。這樣在主反應(yīng)池中不僅可以進(jìn)行同步硝化反硝化反應(yīng)，還可以同時進(jìn)行有機(jī)污染物的降解。最后主反應(yīng)池污泥中剩余的少量硝態(tài)氮也可回流到生物選擇區(qū)，從而得到反硝化。發(fā)酵產(chǎn)物（進(jìn)水中溶解性所轉(zhuǎn)化的）迅速被聚磷菌吸附、吸收并轉(zhuǎn)化成（聚羥基丁酸）。并在的誘導(dǎo)下細(xì)胞內(nèi)聚磷經(jīng)水解轉(zhuǎn)成正磷酸鹽釋放到水溶液中，聚磷菌因條件充足能夠大量繁殖，并且防止了因絲狀菌繁殖引起的污泥膨脹問題。在主反應(yīng)區(qū)曝氣階段時，污水

28、處于好氧條件下，聚磷菌發(fā)生的降解和磷的及收而形成聚磷污泥，并通過剩余污泥排放出去，從而實(shí)現(xiàn)了污水中磷的去除。在系統(tǒng)中不斷重復(fù)進(jìn)行上述反應(yīng)，通過生化池中缺氧和好氧階段以及聚磷菌的生物反應(yīng)特性，從而提高了生物除磷效果。工藝的組成及運(yùn)行過程工藝的組成池可以分為兩部分如圖所示：生化池的前部為預(yù)反應(yīng)區(qū)，包括生物選擇區(qū)和配水（兼氧區(qū)）；預(yù)反應(yīng)區(qū)的作用主要是對污水進(jìn)行初步處理以及對污水的深化處理做準(zhǔn)備，通常在厭氧條件下運(yùn)行。在生物選擇區(qū)中污泥中的磷能得到有效地釋放，有助于在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)對磷的吸收，同時回流帶入的硝化態(tài)氮可發(fā)生反硝化作用，還能夠?qū)﹄y降解有機(jī)物起到良好的水解作用，并且加速對溶解性底物的去除。在兼氧

29、區(qū)中污泥中的磷得到了進(jìn)一步釋放和強(qiáng)化反硝化作用，并且對進(jìn)水水質(zhì)、水量變化起到了緩沖作用。生化池的后部為主反應(yīng)區(qū)，主反應(yīng)區(qū)末端安裝有自動潷水裝置，在主反應(yīng)區(qū)中不僅可以同時進(jìn)行硝化反硝化過程，而且具有很好的除磷效果，是最終去除有機(jī)物的場所。圖池池的運(yùn)行過程桂林理一大學(xué)碩士學(xué)位論文工藝在運(yùn)行過程中邊進(jìn)水邊曝氣，同時還進(jìn)行污泥回流，將污泥從主反應(yīng)區(qū)回。流至生物選擇區(qū)。在沉淀階段時，不僅不停止進(jìn)水，而且也不停止污泥凹流系統(tǒng)，這是為了提高污泥濃度、加強(qiáng)反硝化反應(yīng)，以及提高聚磷菌的除磷過程。這是工藝區(qū)別于工藝的一大特點(diǎn)。整個工藝運(yùn)行周期可分為四階段妒。：（）進(jìn)水一曝氣階段：一邊進(jìn)水、一邊曝氣。主反應(yīng)區(qū)的污泥

30、不斷地回流至選擇區(qū)，一般回流比約為進(jìn)水量的。污泥回流是為了提高厭氧區(qū)的污泥濃度。曝氣一方面滿足好氧微生物對氧的需要，另一方面有利于活性污泥與有機(jī)物的混合和接觸，從而使有機(jī)污染物被微生物氧化分解，污水中的氨氮通過硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。（）進(jìn)水一沉淀階段：停止曝氣后，進(jìn)水和污泥回流不停止，微生物繼續(xù)利用水中剩余的溶解氧進(jìn)行氧化分解。隨著反應(yīng)池溶解氧的進(jìn)一步降低，主反應(yīng)區(qū)微生物由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并發(fā)生一定的反硝化作用。同時，活性污泥在近乎靜止的條件下絮凝并進(jìn)行泥水沉淀分離，活性污泥沉至池底，下一周期繼續(xù)發(fā)揮作用，處理后的水位于污泥層的上部。（）潷水階段：沉淀結(jié)束，在程序控制下潷水器開始運(yùn)行，

31、自上而下逐漸排出上清夜，反應(yīng)池污泥層內(nèi)因?yàn)槿芙庋鹾艿腿詴l(fā)生反硝化作用，排水結(jié)束后潷水器自動復(fù)位。潷水期間，進(jìn)水不進(jìn)入本池，而是被引入到其它反應(yīng)池中。（）閑置階段閑置階段的時間一般較短，除了防止污泥流失外，還確保潷水器回復(fù)到原始位置上，為下一循環(huán)的進(jìn)水曝氣做準(zhǔn)備。如果在閑置階段也進(jìn)行少量曝氣有助于恢復(fù)污泥活性。上述四個階段依次進(jìn)行并循環(huán)不止運(yùn)行，并且根據(jù)需要，可以對不同的運(yùn)行階段的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整。在循環(huán)運(yùn)行過程中，生化池內(nèi)的水位可以隨著進(jìn)水從設(shè)計的最低水位上升到最高水位，也可以隨潷水裝置從最高水位下降到最低水位，所以生化池的有效容積是不斷變化的（即變?nèi)莘e運(yùn)行）。工藝的特點(diǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)（）處理效

32、果穩(wěn)定，運(yùn)行靈活，適應(yīng)性強(qiáng)、可變?nèi)莘e的運(yùn)行模式提高了工藝對水量水質(zhì)變化的適應(yīng)性和工藝運(yùn)行的靈活性。在一個運(yùn)行周期中，各個工序的運(yùn)行時間、運(yùn)行狀態(tài)以及混合液容積的變化可根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)及污水水量的變化靈活調(diào)整，加強(qiáng)了對水質(zhì)變化的適應(yīng)性。另外，根據(jù)生物反應(yīng)器原理，廢水在反應(yīng)池內(nèi)呈現(xiàn)出整體推流的流態(tài)，而在不同區(qū)域內(nèi)為完全混合狀態(tài)。不僅提高了反應(yīng)器容積利用率而且保證了污水處理效果的穩(wěn)定。（）脫氮除磷效果好桂林理：人學(xué)碩士學(xué)位論文工藝在不單獨(dú)設(shè)置缺氧混合階段的條件下，通過不同的控制手段可實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行環(huán)境，使系統(tǒng)中的污泥不斷地經(jīng)過好氧、缺氧和厭氧的交替循環(huán)，有利于除磷菌在系統(tǒng)中的生長和累積。在曝氣階段創(chuàng)造好

33、氧條件來強(qiáng)化硝化反應(yīng)及除磷菌過量攝磷過程，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。在非曝氣階段沉淀污泥床也存在一定的反硝化作用，通過污泥回流帶回生物選擇器，在進(jìn)水階段通過攪拌維持厭氧條件以促進(jìn)除磷菌充分的釋放磷以及部分硝酸鹽氮得到反硝化。由此可見，工藝的脫氮除磷效果優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。（）絮凝沉降的效果好，不易發(fā)生污泥膨脹曝氣結(jié)束后的沉降階段中，污泥基本呈靜沉狀態(tài)，混合液中殘余的能量可進(jìn)一步強(qiáng)化絮凝沉降的效果，泥水分離的效果要優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。由于工藝特殊的運(yùn)行環(huán)境，有利于絮凝性細(xì)菌的生長，有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖，從而防止了污泥膨脹現(xiàn)象。（）自動化程度高便于管理，工藝簡單易于擴(kuò)建隨著計算機(jī)技術(shù)和電氣自動化技

34、術(shù)的不斷提高，工藝的自動化水平也不斷提高，控制更為準(zhǔn)確靈活，管理更加方便且保證了更加穩(wěn)定的處理效果，同時大大降低了勞動強(qiáng)度。由于工藝簡單，占地少，規(guī)模小、投資省等特點(diǎn)，因此分期建設(shè)和擴(kuò)建非常方便。工藝的缺點(diǎn)（）工藝采用間歇周期運(yùn)行，使曝氣、排泥等設(shè)備閑置率較高，增加了設(shè)備費(fèi)用和裝機(jī)容量。國內(nèi)的產(chǎn)品設(shè)備雖然價格便宜，但是結(jié)構(gòu)不合理、材質(zhì)差、性能不穩(wěn)定，其質(zhì)量、可靠程度均不如國外的產(chǎn)品，導(dǎo)致有些設(shè)備的運(yùn)行往往達(dá)不到預(yù)期的效果。（）由于排水、攪拌、排泥采用降堰排水，水頭損失大，這些設(shè)備的耗損率較高，相應(yīng)的維修和損失費(fèi)用也較高。（）由于自動化程度高，故對操作人員的素質(zhì)要求也高。工藝運(yùn)行結(jié)果分析采用工藝

35、處理城市污水，經(jīng)調(diào)試運(yùn)行，系統(tǒng)基本上處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，對、一均有較高的去除率，為，為，為幾，一為，基本達(dá)到甚至優(yōu)于設(shè)計的要求。雖然進(jìn)水水質(zhì)、水量波動較大，但出水的水質(zhì)波動不是很大，、一也能達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（）二級標(biāo)準(zhǔn)。其中，月份在各項(xiàng)進(jìn)水指標(biāo)均超出設(shè)計值的情況下，出水基本上仍能達(dá)標(biāo)排放，而其余月份出水效果均優(yōu)于設(shè)計值，這也反應(yīng)了工藝具有良好的抗沖擊負(fù)荷的能力。桂林理：大學(xué)碩：學(xué)位論文工藝自動控制的意義隨著我國城市化建設(shè)力度的加強(qiáng)，大城市的向中小城市的擴(kuò)容速度越來越快。目前，我國政府對污水處理建設(shè)方面的投資力度也在逐漸加大，提高在污水處理過程中的自動化水平是個迫切的問題。然而在實(shí)際運(yùn)行中，能

36、達(dá)到最佳控制狀況且運(yùn)行較好的只占少數(shù)，主要是由運(yùn)行控制與管理水平低弓挺的，而每年由此造成的損失又是巨大的。近年來隨著我國政府對污水處理建設(shè)的重視和投資力度的逐漸加大，采用計算機(jī)信息、通信、自動化控制、智能儀器儀表等高科技技術(shù)，為我國的污水處理行業(yè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)和產(chǎn)品支持，并且提高了生產(chǎn)管理自動化和信息化水平。并且隨著這些技術(shù)的飛速發(fā)展，也使我國各種污水處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計和管理進(jìn)入了一個快速發(fā)展的階段。因此，那些對自動控制要求較高的工藝（如技術(shù)及在此技術(shù)上發(fā)展的污水處理技術(shù)等）又開始重新得到人們的青睞。工藝是工藝的一種變型，自控要求與工藝大體相同，只不過工藝大幅減少了被控制設(shè)備的數(shù)量，但

37、控制精度要求有所提高¨。由于在法污水處理過程中存在著滯后性、時變性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，需要考慮較多的運(yùn)行特性和動態(tài)行為，將自控技術(shù)運(yùn)用到工藝生物污水處理過程中，不僅可以提高污水處理的效率，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)隨時對運(yùn)行設(shè)備及工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。這不僅減輕了勞動強(qiáng)度、改善了勞動條件，并且保證安全操作、減少事故，還能合理使用和配置設(shè)備、降低能耗、提高管理水平。由此可以看出，在工藝中運(yùn)用好的自動化管理系統(tǒng)不僅可以使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，更能節(jié)省人力和運(yùn)行成本取得更多的經(jīng)濟(jì)效益。歐、美等發(fā)達(dá)國家在城市污水處理工藝、設(shè)備和控制技術(shù)研究與開發(fā)方面要早于我國，尤其控制技術(shù)處于領(lǐng)先地位。

38、我國經(jīng)過數(shù)十年的艱苦努力，在城市污水處理工藝和設(shè)備等方面取得了較為可喜的成效，某些設(shè)備己經(jīng)達(dá)到了完全國產(chǎn)化程度。但是，在城市污水處理關(guān)鍵性設(shè)備和控制技術(shù)的研究方面還存在一定不足。而有的己建成的污水處理廠仍處于人工操作狀態(tài)，這嚴(yán)重影響了城市污水處理的質(zhì)量，帶來了不可預(yù)料的后果，因此，迸一步提供城市污水處理自動化控制水平就顯得尤其重要。桂林理：大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章模糊控制器在溶解氧控制中的應(yīng)用溶解氧控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其分析在循環(huán)式活性污泥法中，溶解氧的控制直接影響污水排放的進(jìn)程和系統(tǒng)能耗。當(dāng)溶解氧濃度過低，達(dá)不到污染環(huán)境的排放指標(biāo)，而過高，則浪費(fèi)能源。根據(jù)生物處理系統(tǒng)中復(fù)雜的生化反應(yīng)特性以及污水水質(zhì)多變的特性，假設(shè)曝氣過程在時間和空間上都呈理想狀態(tài)，并且一周期內(nèi)總生物量近似不變等條件下，可建立溶解氧控制過程簡單的動態(tài)模型，模型包括兩部分：反應(yīng)池的簡單模型為：。（壚篙公式（）其中，是慣性時間常數(shù)，是純滯后時間常數(shù)；變頻器和鼓風(fēng)機(jī)的簡單模型為：擊公式（）其中，一是傳遞函數(shù)，是電機(jī)時間常數(shù)。最終的被控對象為一個帶滯后的二階傳遞函數(shù)俐：（）（）。（）西干頑！麗公式（）從上述建立的簡單模型可以看出，控制過程是一個高維數(shù)的參數(shù)系統(tǒng)，并且參數(shù)之問存在較大的耦合性：各個環(huán)節(jié)都存在滯后時間常數(shù)，說明溶解氧控制是一個大滯后系統(tǒng)，參數(shù)的檢測與調(diào)整往往已滯后很長時間，導(dǎo)致系統(tǒng)難以在短時間內(nèi)達(dá)到平衡；由于輸入