城市居民生活污水处理自动控制系统的研究与应用

论文摘要

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,各城市每天产生大量的生活生产污水且有很大一部分不经处理便直接排放,造成了严重的水污染及水资源的浪费。而我国又是一个严重缺水的国家,水污染治理的相对滞后又加剧了水资源的短缺,这样的恶性循环使水资源的供需矛盾越来越大。因此,对城市污水进行处理、对处理后的中水再利用受到了人们的广泛关注。尤其“九五”以来,国家及各地政府均对城市污水处理设施建设给予重点支持,我国的污水处理事业得到快速发展。但是由于我国污水处理事业起步较晚,工艺不适宜、设备落后、控制系统老化、自动化程度低等问题广泛存在。因此应该建立与我国国情相适应的处理效果好、自动化程度高的污水处理厂。本文以某县城污水处理厂为例,介绍了适用于中小型污水处理厂的自动控制系统的设计方案。本文针对以三沟式氧化沟为核心的污水处理工艺的特点,采用由工控机（IPC）与可编程控制器（PLC）组成的自动控制系统,实现了对污水处理全过程的自动控制。该控制系统采用“集中管理、分散控制”的分布式结构,将整个系统按参与生产程度级别划分为三级:管理级、控制级和现场级。管理级设于中央控制室。在中央控制室的工控机上用组态王开发监控系统,实现对整个生产过程的集中监测和远程控制。用户可以通过监控画面实时了解污水处理现场的设备运行状态、所需参数值及现场设备是否有报警、故障等信息。同时,用户还可以在上位机上查询并打印历史数据、报警信息等。控制级即现场控制站,实现对整个生产过程中设备的自动控制、对现场数据进行采集、与上位机之间进行通信等功能。该系统根据污水处理工艺流程及现场分布情况设置了3个现场控制站,各站之间及各站与上位机之间均通过以太网相连接,实现了上、下位机及站与站之间的数据交换。现场控制站均采用西门子S7-300系列PLC作为现场控制及数据采集单元,通过现场的流量计、液位计等仪表对污水的流量、液位、溶解氧浓度等变量进行数据采集,并根据工艺要求对格栅机、污水提升泵、转刷、电动出水堰门、污泥泵等现场设备进行控制。由于污水处理过程是一个受外部干扰影响大、时变、非线性的复杂系统,不能对其建立精确的数学模型,针对这些特征,本文提出了对氧化沟内设备及溶解氧浓度的控制采用时间顺序控制与专家控制系统相结合的控制方式。该自动控制系统硬件配置简洁、组网方便、易于开发实现、可靠性高且性价比高。在保证出水水质达标的同时也降低了能耗、节约了人力物力、提高了工作效率,达到了预期的控制目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 污水处理工艺
• 2.1 城市污水概述
• 2.1.1 城市污水的组成
• 2.1.2 污水的水质指标
• 2.2 城市污水处理工艺及选择原则
• 2.2.1 污水处理方法
• 2.2.2 污水处理工艺介绍
• 2.2.3 污水处理工艺选择原则
• 2.3 本系统所选工艺的介绍
• 2.3.1 氧化沟的技术发展及其特点
• 2.3.2 三沟交替工作式氧化沟
• 第三章 污水处理厂自动控制系统的设计
• 3.1 控制系统总体设计
• 3.1.1 设计原则
• 3.1.2 常用控制系统
• 3.1.3 污水处理厂自动控制系统方案设计
• 3.2 上位机监控系统的设计
• 3.2.1 监控设备
• 3.2.2 组态软件
• 3.3 下位机控制系统的设计
• 3.3.1 PLC 概述
• 3.3.2 PLC 的选型
• 3.3.3 各PLC 现场控制站的硬件设计
• 3.4 通信系统的设计
• 3.4.1 工业以太网简介
• 3.4.2 通信系统的设计
• 第四章 PLC 控制站的软件设计
• 4.1 PLC-1 站的设计
• 4.1.1 粗格栅的控制
• 4.1.2 污水提升泵和污水泵出口阀的控制
• 4.1.3 细格栅的控制
• 4.1.4 旋流沉砂池中设备的控制
• 4.2 PLC-2 站的设计
• 4.2.1 矩形配水井
• 4.2.2 三角形配水井
• 4.2.3 三沟式氧化沟
• 4.3 PLC-3 站的设计
• 4.3.1 接触池
• 4.3.2 污泥调节池
• 4.3.3 污泥脱水机房、加药间、及加氯间
• 第五章 上位机监控系统的软件设计
• 5.1 监控系统的建立
• 5.2 监控界面的构成
• 5.2.1 登录界面
• 5.2.2 总态界面
• 5.2.3 分画面设计
• 5.2.4 报警界面设计
• 5.2.5 其它界面的设计
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文