基于专家PID控制的污水处理系统pH值的研究与应用

摘要

水是生命之源，它孕育并维持着地球上的万物生灵。随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加，大量工业和生活污水的处理问题受到越来越广泛的重视，水污染已经成为当前中国水危机中最严重、最紧迫的问题。人们对环境保护的呼声越来越高，污水处理己经迫在眉睫。而且我国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源的短缺已经成为我国急需解决的重要问题。经处理后的污水可以直接灌溉农田，可以缓解水危机问题。
　　 本研究以甘肃省某污水处理厂为背景，根据污水处理系统的工艺特点，以及对污水处理系统的研究和分析，应用先进的工业控制计算机、可编程控制器、工业自动化组态软件、电力电子控制技术以及网络通信技术等，开发和设计了一套包括现场控制层、显示操作层和远程信息监视层的污水处理自动控制系统。该系统主要由智能控制系统和现场智能监控仪嚣等组成，从硬件设计和软件设计两方面进行了探讨，研究了数据采集、处理和控制算法，利用组态软件编写了监控中心管理软件，确保系统的稳定性和可靠性。在污水处理系统中，为实现对pH值的有效控制，保障设备稳定高效运行，针对pH值具有非线性、时变性以及不确定性的特点，将专家控制与传统PID控制相结合，构成一套基于专家控制思想的污水处理自动控制系统。作为污水处理系统的核心，PLC有着举足轻重的作用。本系统在众多的品牌中，选择美国Allen-Bradley公司的CONTROLLOGLX1756-L61可编程控制器系统。CONTROLLOGLX系列PLC是世界知名品牌之一，代表着世界PLC的发展方向，有较高的市场占有率。美国Allen-Bradley公司的CONTROLLOGLX系列PLC系统具有网络功能强、可靠性高等特点，尤其是性价比高。上位监控系统利用组态王开发了污水处理自动控制系统的监控界面，监控界面主要用于实现生产工艺流程的实时监控、设备工作状态的参数显示和系统故障报警提示。通过监控界面能对污水处理系统设备进行控制，对历史数据进行记录、查询、报表打印等。本设计实现了污水处理系统的自动监控，提高了污水处理的管理水平，对于解决环境污染问题和实现可持续发展具有重大的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外污水处理研究现状

1.2.1 国外污水处理研究现状

1.2.2 国内污水处理研究现状

1.3 污水处理PH值控制发展趋势

1.4 论文研究的内容

第2章 污水处理系统工艺

2.1 污水处理基本概念

2.1.1 污水处理方法

2.1.2 污水的水质指标

2.2 污水处理工艺介绍

2.3 氧化沟工艺概述

2.3.1 氧化沟工艺基本原理和主要设计参数

2.3.2 氧化沟的技术特点

2.3.3 氧化沟工艺发展

2.3.4 氧化沟脱氮除磷工艺

2.4 本章小结

第3章 污水处理系统硬件设计

3.1 系统硬件的选择与配置

3.1.1 PLC控制器的选择

3.1.2 PLC控制器的配置

3.2 监控系统选型与设计

3.3 OPC技术在系统中的应用

3.4 本章小结

第4章 污水处理系统软件设计

4.1 控制方式的选择

4.2 PLC系统的软件开发

4.2.1 AB编程软件特点

4.2.2 pH值控制系统

4.3 PH值控制策略

4.3.1 pH值概念及特性

4.3.2 污水处理中和过程机理及特点分析

4.3.3 专家PID控制pH值

4.4 PID控制算法

4.5 专家控制理论

4.5.1 专家系统

4.5.2 专家系统特点

4.5.3 专家控制

4.6 PH值专家PID控制器的设计

4.6.1 基本操作知识的获取

4.6.2 知识更新

4.6.3 深层知识的获取

4.7 PH值专家PID控制软件实现

4.8 传统PID控制与专家PID控制误差曲线比较

4.9 本章小结

第5章 上位计算机监控软件设计

5.1 组态软件概述

5.1.1 组态软件发展

5.1.2 组态软件的功能

5.2 上位监控系统设计

5.2.1 各个生产现场监控画面绘制

5.2.2 数据报表的设计与历史数据存储

5.2.3 报警记录功能

5.2.4 报表记录画面

5.2.5 历史趋势画面

5.2.6 安全登录和密码保户

5.2.7 专家经验数据更新画面

5.3 组态王开发

5.3.1 建立新工程

5.3.2 创建组态画面

5.3.3 定义IO设备

5.3.4 构造数据库

5.3.5 建立动画连接

5.3.6 运行调试

5.4 本章小结

第6章 系统的抗干扰措施

6.1 硬件抗干扰措施

6.2 软件抗干扰措施

6.3 控制中心机房的抗干扰措施

6.4 电缆的选择和敷设

6.5 系统的接地

6.6 系统的防雷

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 部分电气原理图